Hierro fundido gris Exhibe una buena conductividad térmica, lo que significa que puede transferir el calor relativamente bien, ayudando a prevenir el sobrecalentamiento localizado en sistemas de alta temperatura. Sin embargo, su coeficiente de expansión térmica es más alto en comparación con materiales como el acero o el aluminio, lo que significa que se expandirá y se contraerá más con las fluctuaciones de temperatura. En los sistemas que experimentan ciclos térmicos frecuentes, como intercambiadores de calor, válvulas de vapor o tuberías de líquido caliente, esta expansión y contracción pueden introducir tensiones térmicas. Si estas tensiones no se manejan correctamente, pueden conducir a problemas como la deformación o la distorsión del accesorio de la válvula. En algunos casos, las superficies de sellado pueden verse comprometidas, afectando la integridad del sello y conduciendo a fugas o ineficiencia operativa. Con el tiempo, esta expansión y contracción repetidas pueden degradar el material, especialmente si los gradientes térmicos dentro de la válvula causan calentamiento desigual.
Uno de los desafíos más críticos para el hierro fundido gris en sistemas con ciclo térmico frecuente es su fragilidad, que es inherente debido a la presencia de copos de grafito dentro del material. Si bien el grafito ayuda con la maquinabilidad y la amortiguación, también debilita la resistencia del material a la propagación de grietas, particularmente bajo estrés térmico. La fatiga térmica puede desarrollarse a medida que el material se expande y contrata bajo temperaturas variables, lo que lleva a la iniciación y propagación de grietas, especialmente en regiones de alto estrés como el cuerpo de la válvula, las áreas de brida o las articulaciones. Estas microcracks pueden volverse más prominentes con el tiempo y eventualmente conducir a una falla catastrófica si no se abordan temprano.
Las modificaciones de diseño pueden reducir significativamente los efectos adversos del ciclo térmico en los accesorios de válvulas de hierro fundido gris. Por ejemplo, las transiciones graduales en el grosor de la pared entre secciones gruesas y delgadas pueden reducir las concentraciones de tensión, que son causas comunes de inicio de grietas. Además, los diseños que incorporan espesores uniformes de la pared pueden evitar la distorsión térmica, ya que los cambios abruptos en el grosor pueden conducir a una expansión o contracción desiguales durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento. Además, ciertas técnicas de fabricación, como el tratamiento térmico (por ejemplo, templado o recocido), pueden mejorar la tenacidad y la resistencia del material al ciclo térmico. Estos tratamientos alteran la microestructura del hierro fundido, lo que la hace menos frágil y más resistente a las tensiones causadas por las fluctuaciones térmicas.
El ciclo térmico repetido puede contribuir a la degradación del desgaste y el material en accesorios de válvulas, especialmente en áreas que están en contacto constante con otros componentes, como asientos de válvulas o superficies de sellado. A medida que el hierro fundido gris se somete a la expansión y la contracción térmica, su superficie puede experimentar grietas microscópicas y abrasión debido a la fricción repetida entre las partes móviles. Esto puede comprometer la efectividad del sello de los asientos de la válvula o aumentar la tasa de desgaste de componentes como husillos y gorros, lo que lleva a mayores necesidades de mantenimiento y una reducción en la vida útil de la válvula. Para mitigar estos efectos, los tratamientos superficiales como el endurecimiento o el recubrimiento (por ejemplo, recubrimientos de cerámica, recubrimiento de níquel o recubrimientos epoxi) se pueden aplicar para aumentar la resistencia al desgaste de las superficies críticas expuestas al ciclo térmico.
El hierro fundido gris, cuando está expuesto a altas temperaturas y ambientes fluctuantes, puede ser vulnerable a la oxidación (formación de óxido), especialmente en aplicaciones que involucran fluidos de alto calor, vapor o productos químicos agresivos. El ciclo térmico repetido puede acelerar la oxidación en la superficie, particularmente si el accesorio de la válvula está expuesto a condiciones húmedas o corrosivas. Con el tiempo, esto puede conducir al deterioro del material, afectando su integridad estructural y funcionalidad. Las válvulas de hierro fundido grises sometidas a gases de vapor o combustible de alta temperatura pueden experimentar la degradación inducida por la oxidación, donde la capa superficial del metal se vuelve frágil y escamosa, lo que conduce a propiedades mecánicas reducidas y una falla prematura. Para mejorar la resistencia a la corrosión, los accesorios de válvulas pueden recubrir o tratar con materiales como cromo, níquel o cerámica para proteger la superficie de la oxidación y la corrosión en condiciones de ciclo térmico.
