Derivation of nodular cast iron elastic properties via computational micromechanics

Abstract

La fundición nodular es una aleación metálica de Fe-C-Si cuya microestructura está formada por unamatriz, en general compuesta por ferrita y perlita, en la cual se encuentran embebidos nódulos de gra-fito. Al ser este un material microscópicamente heterogéneo, su comportamiento está definido por laspropiedades, la morfología y la topología de las fases que lo componen. En este trabajo se plantea comoobjetivo hallar el valor de las constantes elásticas, el módulo de Young y el coeficiente de Poisson, deun material homogéneo equivalente que caracteriza el comportamiento macroscópico de una fundiciónnodular. Para la estimación del comportamiento elástico se utiliza el método de homogeneización asin-tótica. Este método se aplica a celdas multipartículas tridimensionales y bidimensionales que se analizanmediante el método de los elementos finitos (MEF). Para la determinación del elemento de volumenrepresentativo (RVE [representative volume element]) del comportamiento del material se utilizan 2 cri-terios, uno físico y otro geométrico, encontrándose que el tama˜no del RVE es sensible al criterio utilizadopara su definición. Las principales características microestructurales son extraídas de una simulacióncomputacional de la solidificación del material. Se comparan los resultados obtenidos de la aplicaciónde los modelos tridimensionales y bidimensionales y se analiza la influencia del modelo utilizado en laspropiedades analizadas. Del análisis de los resultados obtenidos se observa que los modelos que empleanceldas multipartícula tridimensionales requieren tama˜nos menores de la misma para ser representativosde la fundición nodular, es decir, los tama˜nos de los RVE tridimensionales son menores que los correspon-dientes bidimensionales. Se observa también que estos últimos presentan una respuesta elástica menosrígida en relación con los primeros.