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- Tutorial Nº 108 -

Estudio y Clasificación
de las Fundiciones

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Definición

1.2- Clasificación

2- Propiedades generales de las fundiciones

2.1- Propiedades mecánicas

2.2- Soldabilidad de las fundiciones

3- Fundiciones blancas

4- Fundiciones grises

5- Fundiciones dúctiles o nodulares

6- Fundiciones atruchadas

7- Fundiciones maleables

ANEXO:

A.1- Diagrama Hierro-Carbono (Fe-C)


DESARROLLO DEL CONTENIDO


1- Introducción

1.1- Definición

Cuando se habla de fundición, se piensa en piezas metálicas fabricadas mediante el vertido del metal fundido (colada) en un molde con la forma y tamaño ligeramente sobredimensionado para tener en cuenta la contracción del metal durante la etapa posterior de solidificación y enfriamiento.

pieza de fundición de hierro

Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metales. Los distintos procesos de fundición existentes se clasificarán de acuerdo a los diferentes tipos de moldes que se empleen.

El metal fundido adopta la cavidad del molde, y al enfriarse se procederá a removerlo del propio molde. Muchas de las propiedades y características que la fundición finalmente adquiera, dependerá de los numerosos procesamientos posteriores en función del método de fundición y del metal que se use. Entre ellos destacaremos:

- El desbaste del metal excedente de la fundición.

- La limpieza de la superficie.

- Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades.

Aunque del horno alto en las siderurgias se obtiene la forma más impura de hierro comercial: arrabio (pig iron) que en realidad puede considerarse como una fundición (el contenido de carbono varía entre 2-4%), cuando nos referimos habitualmente a "fundición" (también llamado hierro colado) no tratamos de arrabio, sino de otras formas comerciales más puras, resultado de la refusión de arrabio, en hornos de cubilote, que son un tipo de horno poco costoso, de gran rendimiento y cuyo combustible no es caro, pues se trata de gas de coquería.

En realidad, y concretando la definición, las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro (Fe) y carbono (C), donde el contenido en carbono puede variar del 2 al 5%, pudiendo presentar además cantidades de otros elementos en la aleación como silicio (Si) del 2 al 4%, de manganeso (Mn) hasta 1%, y siendo bajo el contenido de azufre (S) y de fósforo (P).

No obstante, también debe tenerse en cuenta que la presencia de elementos de aleación puede modificar la máxima solubilidad de carbono en la austenita, por lo que algunas fundiciones aleadas podrían tener incluso menos del 2% de carbono y ser consideradas también como fundición.

Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:

piezas de fundición de hierro

- Son más fáciles de maquinar que los aceros.

- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.

- Al tener las fundiciones unas temperaturas de fusión claramente inferiores a las de los aceros, en su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos, por lo que las instalaciones necesarias son más sencillas y económicas.

- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes.

- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y presentan buena resistencia al desgaste y son relativamente duras.

- Y por otro lado, al ser las fundiciones aleaciones con muy alto contenido en carbono son, en general, muy frágiles, por lo que no se pueden conformar por forja, laminación o extrusión, sino que las piezas de fundición se conforman directamente por moldeo, pudiéndose fabricar piezas de fundición de muy diferentes tamaños y complejidad.

Sin embargo, es la economía que suponen la fabricación de fundiciones hierro-carbono (Fe-C), comparadas con otras aleaciones, lo que justifica la extensa aplicación de las "fundiciones" en la industria.

Además, a igualdad de sobrecalentamiento, la "fundición" líquida es la más fluida de todas las aleaciones moldeadas, lo que permite adaptarse perfectamente a la producción de piezas delgadas y de perfil complicado.

No obstante, debido a su alta densidad libera gases e inclusiones no metálicas con mayor facilidad que las aleaciones ligeras.

Por otro lado, la contracción que sufren las piezas de fundición es pequeña (0 a 1,9 %) frente a las piezas fabricadas en acero o de aleaciones ligeras (4 a 6 %). Y el rechupe es aproximadamente la mitad que el de las otras aleaciones de moldeo.

Al no tratarse las fundiciones de aleaciones forjadas, lógicamente, su alargamiento será muy pequeño, y su resiliencia baja.

 

1.2- Clasificación

Las fundiciones se suelen denominar de acuerdo con la apariencia de su fractura. En este sentido, las fundiciones se clasifican principalmente en fundición gris (la superficie de rotura presenta un gris oscuro), fundición blanca (blanco brillante) o atruchada (superficie de rotura color grisáceo).

diagrama hierro-carbono Fe-C

En realidad, las fundiciones están constituidas por una muy extensa familia de materiales férreos cuya característica común es que terminan su solidificación con la reacción eutéctica del diagrama hierro-carbono (Fe-C). Ver diagrama hierro-carbono de la figura adjunta.

La figura representa en realidad dos diagramas, el metaestable hierro-carbono y el diagrama estable hierro-grafito.

Una fundición, en sus etapas de solidificación, podrá seguir uno u otro camino (o ambos) en función de su composición química (a través del potencial grafitizante) y de la velocidad de enfriamiento utilizada (que a su vez también depende del tamaño de la pieza), dando lugar a uno u otro tipo de familia de fundición.

En este sentido, existen elementos químicos que incrementan el potencial grafitizante de una fundición y por lo tanto favorecerán la aparición del carbono en forma de grafito. Y también otros elementos que van a favorecer la aparición del carbono en forma de carburos (son los elementos carburígenos). Esto condicionará, como se verá más adelante, la aparición de una u otra familia de fundición.

Por otro lado, la velocidad de enfriamiento también es otra variable que influye de manera importante en el estado en que aparezca el carbono, y por tanto, el tipo de familia de fundición que se origine.

Así, los enfriamientos lentos van a favorecer la formación de carbono en forma de grafito, mientras que los enfriamientos más rápidos favorecerán la formación de carburos.

Elementos con Potencial Grafitizante Positivo
(ordenados en sentido decreciente)

Elementos con Potencial Grafitizante Negativo
(ordenados en sentido decreciente)

Carbono
Estaño
Fósforo
Silicio
Aluminio
Cobre
Níquel

Vanadio
Molibdeno
Cromo
Manganeso
 
 
 


Cuando una fundición en su etapa de solidificación y enfriamiento sigue el camino metaestable, la fase rica en carbono del constituyente eutéctico es la cementita (Fe3C), mientras que cuando sigue el camino estable, el eutéctico es austenita + grafito.

De esta manera, se van a obtener las fundiciones blancas (diagrama metaestable), fundiciones grises (diagrama estable) y las conocidas como fundiciones atruchadas ("mottled", que se generan cuando se siguen ambos diagramas simultáneamente, formándose en el curso de su solidificación tanto cementita como grafito).

Del mismo modo, durante el proceso de enfriamiento que ocurre posterior a la solidificación, la austenita eutectoide puede transformarse en perlita (diagrama metaestable) o en ferrita+grafito (diagrama estable).

Existe una última familia de fundiciones que se obtienen al tratar térmicamente una fundición blanca con objeto de transformar la cementita en grafito: son las fundiciones maleables.

Además de esta primera clasificación fundamental, en la práctica existen también otros criterios empleados a la hora de clasificar las fundiciones. Uno de ellos es la microestructura de la fase matriz. En este sentido, las fundiciones de hierro se pueden clasificar también en tres grandes grupos:

- Fundiciones en las que todo el carbono se encuentra combinado formando cementita y que al romper presenta fractura de fundición blanca.

- Fundiciones en las que todo el carbono está en estado libre formando grafito.

- Fundiciones en las que parte del carbono se encuentra en estado libre y parte combinado en forma de cementita.

En los apartados del 3 al 7 de este tutorial se estudian un poco más en detalle las características principales de cada de los distintos tipos de familias de fundiciones que se fabrican.

2- Propiedades generales de las fundiciones

2.1- Propiedades mecánicas

Con carácter general, las fundiciones de hierro son aleaciones que resultan ser muy frágiles, de una dureza relativamente elevada, resistentes al choque térmico, a la corrosión, absorben bien las vibraciones, son de bajo costo y presentan poca soldabilidad en comparación con el acero.

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A continuación, se expondrán otras propiedades que van a servir para caracterizar y conocer mejor a las fundiciones:

• Aspecto: La superficie exterior de las fundiciones es de un color gris oscuro, mientras que el color de la fractura resulta ser distinta dependiendo del tipo de fundición que se trate: oscura (para la fundición negra); gris (fundición gris) o atruchada (puntos claros sobre fondo oscuro, o viceversa) o bien, de apariencia clara (fundición blanca).

Cuando la pieza de fundición queda al aire libre, la superficie externa se cubre de herrumbre (óxido hidratado de hierro) de un color rojo pardo que penetra lentamente en el interior.

• Peso específico: El peso específico varía con el tipo de fundición que se esté considerando, aunque se puede admitir los siguientes valores medios:

- Fundición gris: 7 a 7,2 kg/dm3

- Fundición atruchada: 7,3 a 7,4 kg/dm3

- Fundición blanca: 7,4 a 7,6 kg/dm3

• Temperatura de fusión: Aunque la temperatura de fusión de las fundiciones varía con la composición, con carácter general se debe decir que presentan un punto de fusión notablemente más bajo que el de los aceros, debido a su elevado contenido de carbono, pudiéndose considerar los siguientes valores medios:

- Fundición negra gris: 1200° C

- Fundición blanca: 1100° C

• Fluidez: Mediante la fluidez se trata de describir la propiedad del metal cuando se encuentra en estado líquido de poder recorrer y de rellenar bien los moldes. En este sentido, las fundiciones presentan buena colabilidad (gran fluidez) en estado líquido, siendo la fundición fosforosa más fluida que la fundición con poco fósforo.

• Contracción: Todo metal al solidificarse sufre una contracción. En la fundición blanca, esta contracción es casi similar a la del acero (entre 16-18‰), mientras que en las fundiciones grises, en las cuales durante el proceso de solidificación se segregan unas laminillas de grafito con un aumento del volumen de la masa, la contracción final resultará menor (entorno al 10‰)

En todo caso, la contracción final que sufra la fundición al solidificarse variará también en función de los obstáculos que encuentre la colada en el molde.

• Resistencia a la tracción: La fundición gris posee una carga de rotura a la tracción que varía entre 30, 40 y 45 kg/mm2. Las fundiciones maleables presentan una carga de rotura entre 35 y 40 kg/mm2, mientras que las fundiciones aleadas y las esferoidales sobrepasan este límite, llegando a cargas de rotura comparables a las de los aceros de calidad (entre 70 y 80 kg/mm2).

Por otro lado, la resistencia a la compresión que presentan las fundiciones es siempre mayor que la de tracción. Incluso para las fundiciones grises normales la resistencia a la compresión resulta ser tres o cuatro veces el valor de la de tracción. Por este motivo, las piezas de fundición deberán ser utilizadas preferiblemente en aquellos casos que vayan a estar sometidas a esfuerzos de compresión.

• Resistencia al choque: Mediante la resiliencia se pondera la resistencia al choque de un material, es decir, es una medida de la tenacidad del material, que se define como la capacidad de absorción de energía antes de aparecer la fractura súbita.

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En este sentido, el comportamiento de las fundiciones a las solicitaciones dinámicas (choques, impactos...) es muy dispar y depende del tipo de fundición.

Así, las fundiciones blancas no presentan buena resistencia al choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas.

Por el contrario, las fundiciones maleables y las de grafito nodular (funciones dúctiles) presentan una mejor resistencia al choque si el impacto está dentro de un cierto límite de seguridad.

Son las fundiciones grises las que presentan un óptimo comportamiento a la resistencia al choque por su propiedad característica de amortiguar las vibraciones. De hecho, los cigüeñales de compresores y motores de combustión interna, antes fabricados en acero tratado, se han ido sustituyendo por árboles colados hechos de fundición gris, obteniéndose un funcionamiento más regular, suave y menos ruidoso.

• Dureza: La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que ofrecen los materiales a procesos de abrasión, desgaste, penetración o de rallado. En las fundiciones, la dureza es relativamente elevada.

Así, las fundiciones grises presentan una dureza que varía de 140 a 250 Brinell. Este tipo de fundiciones se puede mecanizar fácilmente, dado que la viruta se desprende fácilmente, y porque con la presencia de grafito liberado, éste actúa a modo de lubricante del paso de la viruta sobre el corte de la herramienta.

Las fundiciones blancas tienen un índice de dureza que supera los 350 a 400 Brinell. Por debajo de 550 Brinell se puede mecanizar con herramientas de carburo, mientras que superado este límite es necesario emplear la muela de esmeril.

• Otras propiedades: Las fundiciones son en general frágiles. Las fundiciones no son dúctiles ni maleables por lo que no se pueden conformar por forja, laminación o extrusión, sino que las piezas de fundición se conforman directamente por moldeo.

Las fundiciones pueden recibir baños galvánicos en caliente o ser niquelada, estañada y esmaltada al fuego para fabricar piezas de uso doméstico o para la industria.

Por último, las fundiciones tienen una discreta resistencia química a los ácidos, álcalis, a las oxidaciones y al fuego, que le permiten que puedan ser utilizadas como componentes y elementos para máquinas e instalaciones químicas y térmicas (parrillas para calderas, por ejemplo, etc.).

 

2.2- Soldabilidad de las fundiciones

Mientras que la fundición blanca presenta serios problemas de soldabilidad, la fundición gris sí que es soldable, siempre que se empleen los métodos apropiados de soldeo como a continuación se exponen.

Ello es debido a que el ciclo de calentamiento y enfriamiento que conlleva todo proceso de soldadura, origina fenómenos de expansión y contracción, lo que va a crear tensiones de tracción en la pieza fundida durante la fase de contracción. Habida cuenta que las fundiciones se comportan peor a tensiones de tracción que de compresión, se justifica la necesidad de adopción de medidas especiales para garantizar una buena soldabilidad.

Por otro lado, la familia que constituyen las fundiciones nodulares, cada vez más empleada en la actualidad, son también soldables, mientras que un método práctico para soldar piezas de fundición maleable es la soldadura fuerte (brazing) empleando varillas de aleaciones de cobre. En todo caso, para obtener los mejores resultados en la soldadura de piezas de fundición nodular y fundición maleable, se recomienda que éstas deberán ser soldadas en estado recocido.

Centrando el estudio de soldabilidad en la fundición gris, dado que más del 90% de las fundiciones que se emplean habitualmente pertenecen a esta familia, los métodos más usuales para la soldadura de piezas de fundición gris son los siguientes:

Soldadura oxiacetilénica, si son piezas de pequeñas dimensiones.

Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido, recomendada para piezas más voluminosas donde se hace necesario realizar una preparación previa de los bordes a unir.

A continuación se estudiarán ambos procesos.

- Soldadura oxiacetilénica:

La soldadura oxiacetilénica es un procedimiento a menudo empleado para ejecutar soldadura de piezas de hierro fundidas (fundición gris), sobretodo si son de pequeñas dimensiones. La llama a emplear en este caso deberá ser neutra. Como materiales de aporte se suelen emplear dos tipos de metales de rellenos: varillas de hierro fundido (RCI-A y RCI-B) y las barras de zinc-cobre (RZnCu-B y RZnCu-C).

Las soldaduras que sean ejecutadas con las varillas de hierro fundido adecuadas van a resultar tan fuertes y resistentes como el metal base. La clasificación RCI se utiliza para la fundición gris ordinaria. La varilla RCI-A tiene pequeñas cantidades de la aleación y se utiliza para la aleación de hierro fundido de alta resistencia, mientras que la varilla RCI-B se puede utilizar también para la soldadura de hierro fundido nodular y maleable. En todo caso, para que el procedimiento de soldadura resulte óptimo, se deberá realizar una correcta preparación de bordes de las piezas a unir, y tener presente realizar un precalentamiento y también un postcalentamiento una vez ejecutada la soldadura, con objeto de controlar la velocidad de enfriamiento de las piezas soldadas.

Por otro lado, si se emplean como material de aporte las barras de zinc-cobre se producirán soldaduras de bronce. Hay dos clasificaciones: RZnCu-B, y RznCu-C. El bronce depositado en el cordón de soldadura aportará una ductilidad relativamente alta a la unión.

Se recomienda emplear la varilla de material de aporte que ya lleve incorporado en su revestimiento el fundente extruido. En caso de utilizar varillas sin fundente incorporado, entonces se deberá emplear un desoxidante para mantener el baño de fusión limpio y fluido, de lo contrario se formarán óxidos de difícil fusión que dificultarán la operación y provocarán inclusiones y sopladuras.

En todo caso, se deberá emplear el metal de aporte adecuado y procurar que las piezas se enfríen lentamente, dado que si el enfriamiento ocurre rápidamente se pueden formar trazas de fundición blanca en la zona del cordón, con lo que éste quedará duro, frágil y de muy difícil mecanización.

Para más información sobre las varillas de aporte se puede consultar la norma AWS A5.8-89.

- Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW):

En este apartado se describirá cómo realizar de manera óptima la soldadura de piezas de hierro fundido mediante el procedimiento de soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW).

Antes de iniciar la soldadura es necesario realizar una cuidadosa preparación de la piezas de fundición a soldar con objeto de eliminar todos los materiales extraños de la superficie, y limpiar completamente el área de la soldadura. Esto significa quitar restos de pintura, grasa, aceite y otros materiales indeseables de la zona de soldadura.

Se recomienda, asimismo, realizar una preparación de borde de las piezas a soldar biselando la zona afectada en forma de "V", con un ángulo de entre 60-90°.

También se recomienda realizar soldaduras con penetración completa para que toda grieta o defecto que se origine se elimine completamente, dado que cualquier defecto puede volver a aparecer en condiciones de servicio.

Realizar un precalentamiento previo es conveniente para la soldadura de piezas de fundición con cualquiera de los procesos de soldadura antes descritos. Este precalentamiento podrá ser reducido cuando se utilice material de aporte que sea muy dúctil. Con el precalentamiento se conseguirá reducir el gradiente térmico entre la soldadura y el resto de la pieza.

En el proceso SMAW para la soldadura de hierro fundido se suelen utilizar cuatro tipos de metales de aportación:

Electrodos revestidos de hierro fundido

Electrodos revestidos con aleación de base cobre

Electrodos revestidos a base de níquel, y

Electrodos revestidos de acero suave.

A continuación se describirá cómo emplear cada uno de los tipos anteriores de electrodos en función de la maquinabilidad y la resistencia que se quiera obtener en el material depositado, de la ductilidad de la soldadura final y la disponibilidad de equipos para soldar.

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- Cuando la soldadura por arco se realice con electrodos revestidos de hierro fundido, será necesario precalentar la zona de soldadura entre 120°C y 425°C, dependiendo del tamaño y la complejidad de la fundición y la necesidad de mecanizar o no el material depositado y las áreas adyacentes.

En general, es mejor utilizar los electrodos revestidos de hierro fundido de diámetro pequeño y ajustar después la longitud de arco, y si es posible, ejecutar la soldadura en posición plana.

- En cuanto a los electrodos revestidos con aleación de base cobre, hay dos tipos de electrodos de base cobre: la aleación de cobre-estaño (ECuSn-A y C) y la aleación cobre-aluminio (ECuAl-A2). Las aleaciones de zinc-cobre no se pueden utilizar para electrodos de soldadura de arco debido a la baja temperatura de fusión del zinc. El zinc se volatiliza en el arco y hará que exista porosidad en la soldadura realizada.

Los electrodos de cobre-estaño producen una soldadura con buena ductilidad. Así, los electrodos de aleación cobre-estaño ECuSn-A, ECuSn-C ofrecen depósitos fuertes y también de gran dureza, por lo que se emplean mucho para el recargue de las fundiciones. La diferencia entre ambos electrodos está en el contenido de estaño: el electrodo ECuSn-A contiene un 5% de estaño, mientras que el ECuSn-C contiene un 8%.

Cuando se utilicen los electrodos de base cobre, será necesario realizar un precalentamiento entre 120-200°C, así como también usar electrodos de diámetros pequeños y valores de intensidad de corriente bajas. El enfriamiento lento se recomienda después de realizada la soldadura.

Por otro lado, los electrodos (ECuAl-A2) son de base cobre y aluminio, y tienen un punto de fusión relativamente bajo, así como una gran velocidad de aportación a bajas intensidades. Esto permite una soldadura rápida y reduce la deformación y la posibilidad de formación de fundición blanca en la zona de la soldadura. La resistencia a la tracción y la carga de fluencia de estos depósitos son casi el doble de los obtenidos con electrodos a base de cobre y estaño.

- En cuanto a los electrodos revestidos a base de níquel, existen tres tipos de electrodos de níquel usados para soldar hierro fundido: ENiFe-CI contiene aproximadamente un 50% de níquel, el ENi-CI contiene aproximadamente el 85% de níquel y el tipo ENiCu contiene níquel y además cobre.

El electrodo ENiFe-CI es el más barato y proporciona resultados aproximadamente iguales a los electrodos de alto contenido en níquel. Este tipo de electrodo puede ser utilizados sin precalentamiento, sin embargo se recomienda su almacenamiento manteniéndolo a una temperatura de al menos 40°C. Los depósitos de níquel y níquel-hierro son extremadamente dúctiles y no se vuelven frágiles con presencia de carbono. La dureza de la zona afectada por el calor puede reducirse al mínimo mediante la reducción de la penetración en el metal base.

El electrodo tipo de níquel-cobre se presenta en dos grados: el ENiCu-A con un 55% de níquel y un 40% de cobre y el ENiCu-B con el 65% de níquel y 30% de cobre. Cualquiera de estos electrodos se puede utilizar de la misma manera como el electrodo de níquel o el electrodo de níquel-hierro con aproximadamente la misma técnica y obteniéndose los mismos resultados.

Los depósitos de níquel-hierro son especialmente recomendados para unión y reparación de piezas de fundición con alto porcentaje de fósforo, fundición nodular y esferoidal, sin necesidad de precalentamiento. El depósito tiene una alta resistencia y es de excelente apariencia, estando libre de grietas y porosidad, incluso sobre superficies contaminadas.

Al igual que todas las soldaduras de hierro fundido, se recomiendan los cordones cortos a fin de no calentar excesivamente la pieza. No se recomienda el martillado.

- Por último, los electrodos de acero suave (AWS E St) no se recomiendan para soldar hierro fundido si luego el depósito que se ejecute se debe mecanizar. En caso de no tener que mecanizar la zona soldada, entonces este electrodo a base de hierro se puede emplear para muchas aplicaciones de piezas de hierro fundido utilizados en la industria.

El depósito de la soldadura resultante con este tipo de electrodo es muy duro y no mecanizable. Se suele emplear mucho para fundición sucia, podrida o quemada, o también en fundición con un alto contenido de fósforo o azufre. Además, el depósito de acero suave tendrá una reducción del nivel de ductilidad como resultado de un mayor contenido de carbono.

3- Fundiciones blancas

Las fundiciones blancas son aquellas aleaciones de hierro y carbono que terminan su solidificación a 1.148 ºC, siguiendo la siguiente transformación eutéctica:

Aleación líq. (4,3%C) → Austenita (2,1%C) + Fe3C (6,67%C)

Este agregado eutéctico de austenita y cementita, que forma el constituyente matriz de las fundiciones blancas, recibe el nombre de ledeburita. Esta es la característica general de toda fundición blanca, es decir, que el intervalo de solidificación termina en la eutéctica, por lo que todas presentan ledeburita.

Por tanto, se llama ledeburita al constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4,3% C siguiendo el diagrama hierro-cementita metaestable, y que está formada por 52% de cementita (al 6,67%C) y 48% de austenita (al 2,1% C). La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias debido a que en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita. Sin embargo en las fundiciones se pueden conocer la zonas donde existió la ledeburita por el aspecto eutéctico con que quedan las agrupaciones de perlita y cementita.

En el análisis de las fundiciones se suele utilizar el concepto de carbono equivalente (CE). El carbono equivalente (CE) se calcula a partir del contenido en carbono (C) de la fundición modificado por el contenido en silicio (Si) y fósforo (P) según la expresión siguiente:

CE = %C + %Si/3 + %P/3

Así, por ejemplo, una fundición con una composición del 3,2%C, 2%Si y 0,4%P tiene un CE, según la expresión anterior, igual al 4%, de modo que será hipoeutéctica (2,1 < %C < 4,3), mientras que en una fundición con el mismo contenido de carbono y silicio pero con 1,3%P, su CE será del 4,3% y tendrá justo la composición eutéctica.

Por corresponder a la solidificación metaestable, las fundiciones blancas no presentan grafito, y en función de su contenido final de carbono equivalente podrán ser hipoeutécticas (2,1 < %C < 4,3 %), eutécticas (4,3%C) o hipereutécticas (contenido en carbono de 4,3%C a 6,67 %C).

Dada la elevada proporción de cementita en la ledeburita (52%), se trata de un constituyente muy frágil y duro. Por esta razón, el interés industrial máximo de las fundiciones blancas radica en aquellas composiciones que sean hipoeutécticas (2,1 < %C < 4,3) con son menos frágiles.

Fundición blanca

Para favorecer la solidificación según el sistema metaestable, el contenido en silicio (Si) de las fundiciones blancas deberá ser pequeño. El silicio (elemento de carácter gammágeno) es un elemento que no tiene afinidad por el carbono (en realidad es grafitizante), y de esta manera siempre aparecerá formando una solución sólida tanto en la ferrita como en la austenita.

La microestructura final de cualquier fundición blanca hipoeutéctica, la más empleada, constará de unos dendritos globulares de perlita (constituyente disperso) rodeados por el constituyente eutéctico o ledeburita, que a su vez consta , como se ha visto, de una fase matriz de cementita con regiones dispersas de perlita en su interior.

La fotografía de la imagen adjunta muestra la microestructura típica de las fundiciones blancas, la cual está formada por dendritas de austenita transformada (perlita), en una matriz blanca de cementita. Observando la figura se ve las áreas oscuras de perlita inmersa en la matriz blanca de cementita.

La imagen final entonces de estas fundiciones se puede asimilar a una esponja de cementita cuyos huecos están rellenos de perlita. Estas estructuras hacen de las fundiciones blancas que sean unos productos duros (sobre 350 HB) y resistentes al desgaste, pero muy frágiles y dificiles de mecanizar.

Debe destacarse también la buena colabilidad de estas aleaciones, ya que tienen una temperatura de fusión 400°C menor que la del hierro puro.

Por tanto, las fundiciones blancas se van a utilizar en la fabricación de cuerpos moledores por su gran resistencia al desgaste. Aunque el enfriamiento rápido de la colada evita la grafitización de la cementita, si se calienta de nuevo la pieza colada a una temperatura de 870°C, el grafito se va formando lentamente adoptando una forma característica conocida como carbono de revenido, resultando un tipo de fundición entonces maleable. Las fundiciones maleables se utilizan en la fabricación de partes de maquinaria agrícola, industrial y de transporte.

Como se ha dicho, prácticamente todas las funciones blancas industriales son hipoeutécticas, que pueden además tener un contenido bajo en elementos de aleación, para favorecer la templabilidad. Entre las fundiciones blancas más usadas industrialmente se encuentra la fundición Ni-Hard que templa fácilmente. En este tipo de fundición, debido al alto contenido en níquel (Ni) aparecerá, además de martensita, gran cantidad de austenita retenida. En condiciones de trabajo esta austenita retenida puede pasar por acritud a martensita.

En definitiva, las fundiciones integralmente blancas tienen una gama de empleo limitada a causa de su baja resiliencia y gran fragilidad, y de su difícil mecanizado, debido a contener mucha cementita. No obstante, el elevado contenido en cementita de las fundiciones blancas, justifica su uso cuando se requieren elevadas resistencias al desgaste, como por ejemplo, para la fabricación de bolas de molino, forros de machacadoras de mandíbulas, revestimiento de tolvas, etc.

Así, cuando el desgaste proviene de materiales en fragmentos (graneles), es más económico utilizar fundiciones blancas no aleadas o débilmente aleadas (en estado de moldeo o en condición de temple). Y cuando el desgaste y la corrosión sea debido a rozamiento con partículas muy finas y abrasivas, es preferible emplear fundiciones blancas de media o alta aleación, que presentan carburos no cementíticos y martensita.

4- Fundiciones grises

La fundiciones grises, que representan más del 90% de todas las fundiciones, son aquellas donde el carbono aparece en forma de grafito debido a que solidifican según el diagrama estable, es decir, los constituyentes de equilibrio durante la solidificación son austenita y grafito libre, y por consiguiente no presentan ledeburita.

Para que una fundición siga el diagrama hierro-carbono estable al solidificar, deberá poseer un alto potencial grafitizante (que se traduce en poseer un alto contenido en silicio, normalmente entre un 2 y el 3% de Si) y/o también seguir una velocidad de enfriamiento muy lenta.

Por tanto y resumiendo, entre los principales factores que van a favorecer la solidificación estable, y por tanto la formación de fundición gris, son:

- Una lenta velocidad de enfriamiento de la colada, que es más fácil de conseguir si las piezas son grandes y voluminosas. De hecho, una misma fundición dependiendo de sus condiciones de enfriamiento, puede solidificar como fundición blanca o como fundición gris. Para idénticas condiciones de refrigeración (por ejemplo, moldeo en coquilla y enfriamiento al aire), la velocidad de enfriamiento será tanto más lenta cuanto mayor sea el tamaño de la pieza o, mejor aún, el enfriamiento de la pieza será más lento cuanto mayor sea su módulo másico (relación volumen/área superficial). Por el contrario, si la velocidad de enfriamiento es muy rápida se formará fundición blanca (con carburos), pero conforme disminuya la velocidad con que se realice el enfriamiento de la colada se iría obteniendo progresivamente fundición gris, pasándose entre tanto por una microestructura intermedia de fundición atruchada (coexisten grafito y carburos).

- Presencia en la aleación de elementos denominados grafitizantes como el silicio (Si), fósforo (P), aluminio (Al), níquel (Ni), cobre (Cu). En contraposición estarían los elementos no carburígenos, como el cromo (Cr), molibdeno (Mo) o el wolframio (W) que favorecerían el enfriamiento metaestable. El efecto estable de los elementos grafitizantes (Si, P, Al, Ni, Cu) es la de diluir los preagrupamientos atómicos hierro-carbono (Fe-C) para que no produzcan posteriormente cementita. Esta dilución viene favorecida por un efecto de afinidad, dado que el Fe es más afín a preagruparse con Si, P, Al, Ni, Cu que con el C.

En otro orden de cosas, hay que decir también que las propiedades mecánicas de toda fundición gris va a venir determinada por tres factores fundamentales:

- la ausencia de carburos

- la forma, tamaño y distribución del grafito

- la microestructura de la fase matriz

Fundición gris

En cuanto a la microestructura, la fase matriz más habitual de las fundiciones grises es la perlita. De cualquier manera, si la velocidad de enfriamento es muy lenta o si el potencial grafitizante de la aleación es elevado se pueden obtener matrices también ferrito-perlíticas o incluso ferríticas, en cuyo caso la resistencia mecánica disminuye.

En la figura adjunta se muestran las imágenes de fundiciones grises con estructura totalmente ferrítica (izquierda) y perlítica (derecha).

Como se ha dicho, si la composición y la velocidad de enfriamiento son tales que la cementita eutectoide también se grafitice, entonces la fundición podrá presentar una estructura totalmente ferrítica.

Por el contrario, si se impide la grafitización de la cementita eutectoide, la matriz será totalmente perlítica. La fundición gris constituida por mezcla de grafito y ferrita es la más blanda y la que menor resistencia mecánica presenta, debido a que la resistencia a la tracción y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor máximo en la fundición gris perlítica.

Además, en la micrografía de la derecha se observan como unos granos blancos que son, en realidad, esteadita. Este nuevo constituyente se forma cuando el contenido de fósforo de una fundición gris sobrepasa el 0,070%, de manera que se genera un nuevo constituyente denominado esteadita, que es un eutéctico ternario de hierro, Fe3C y Fe3P, que funde a 930°C, siendo de este modo el último componente en solidificar (aumenta la colabilidad de la fundición). La presencia de esteadita, como la de los carburos de hierro, aumenta la dureza pero disminuye la resistencia mecánica de las fundiciones grises.

Como se ha dicho, la fase matriz de la fundición gris a temperatura ambiente, que se forma por transformación de la austenita en el enfriamiento, podrá evolucionar también desde perlita hasta ferrita conforme la velocidad de enfriamiento disminuye. Por otro lado, definida una determinada velocidad de enfriamiento, el potencial grafitizante de la fundición, que depende de su composición química, debería ser suficiente para que todo el carbono pueda aparecer en forma de grafito.

En definitiva, la estructura interna de toda fundición gris resulta equivalente a la de una matriz de perlita, ferrita o incluso de martensita, es decir, a las propias de un acero que presenta en su estructura interna infinidad de pequeñas cavidades o grietas rellenas de grafito.

En otro orden de cosas, la mayor parte del contenido de carbono en las fundiciones grises se presenta como grafito, que aparece en forma de escamas o láminas, las cuales dan al hierro su color característico y propiedades.

El carbono en forma de grafito ocupa un volumen mucho mayor que el carbono combinado en forma de cementita (de hecho, el peso específico del grafito es de tan sólo 2,23 gr/cm3 que es inferior frente a otras formas de carbono como el diamante cuyo peso específico es de 3,51 gr/cm3).

En toda fundición gris el grafito puede obtenerse con morfología laminar (el más común industrialmente), o bien, en forma esferoidal.

La morfología del grafito laminar se suele presentar también en alguna de las siguientes formas características:

- en forma de láminas largas (grafito tipo A, según la clasificación ASTM), donde este tipo de grafito está asociado a un óptimo de las propiedades mecánicas de la fundición;

- en forma de rosetas (grafito eutéctico tipo B), que indica que la solidificación ha tenido lugar de manera más rápida, produciéndose un ligero subenfriamiento y germinación precoz;

- en forma de láminas muy grandes y groseras (grafito tipo C) que aparecen en las fundiciones hipereutécticas;

- interdendrítico (grafito puntual tipo D) que aparece en fundiciones hipoeutécticas o eutécticas enfriadas a gran velocidad. Es el grafito puntual;

- interdentrítico (grafito tipo E) en forma de laminillas muy finas y orientadas, que es la morfología típica que aparece en las fundiciones muy hipoeutécticas.

Morfología del grafito laminar en las fundiciones grises

Morfologías del Grafito Laminar

De entre las anteriores formas, el grafito tipo A es el que presenta mejores características mecánicas. El tipo B -de rosetas- disminuye la resistencia mecánica. El tipo C (que se presenta sólo en las fundiciones hipereutécticas) proporciona resistencia al choque térmico, pero débil resistencia a tracción y presenta una superficie "basta" después del mecanizado. El tipo D es desfavorable porque la matriz en contacto con él se ferritiza fácilmente y proporciona poca resistencia al desgaste (su maquinabilidad en cambio es excelente).

Por otra parte, la morfología esferoidal del grafito (en forma de esferoides claramente nucleados) se presenta cuando hay elementos que favorecen la cristalización radial del grafito. Tales elementos, que reciben el nombre de inoculantes, son el magnesio (Mg) y cerio (Ce), entre otros.

Piezas de fundición con grafito esferoidal

El grafito esferoidal dará lugar a fundiciones llamadas dúctiles o nodulares, como ya se estudiarán en el apartado siguiente, que les confiere unas propiedades metálicas comparables, en cuanto a resistencia mecánica (máx. 70-80 kg/mm2) a la de los aceros.

Asimismo, el grafito esferoidal le confiere a la fundición de una mayor resiliencia, ductilidad y alargamiento (12%) que las que presentan las fundiciones grises de grafito laminar (0,2 - 1%).

Por su gran resistencia mecánica y ductilidad, las fundiciones grises nodulares suelen emplearse para la fabricación de componentes y piezas en el sector del automóvil.

Pero volviendo al proceso de fabricación de las fundiciones grises, una vez finalizado el paso de líquido a sólido de la fundición, que termina a la temperatura eutéctica, se pasa a estudiar el proceso de enfriamiento de la aleación ya solidificada.

En el esquema de la figura siguiente que se adjunta (Fig. 23 del libro de texto de J. A. Pero-Sanz), se resume los resultados de enfriar la fundición gris, ya solidificada, con equilibrio estable o metaestable.

Proceso de solidificación de la fundición gris

En el intervalo que va entre la temperatura eutéctica hasta la temperatura eutectoide, el parámetro cristalino de la austenita se contrae por enfriamiento, y como resultado, disminuye la solubilidad en carbono (C) del Feγ.

Así, la austenita cede C y éste puede aparecer en forma de grafito (si el enfriamiento es estable) o en forma de cementita (enfriamiento metaestable).

Si se va formando grafito, la austenita empobrecida en C (y alta en Si) puede transformarse alotrópicamente en ferrita por encima de la temperatura eutectoide (ferritización directa).

Se llama % de C total a la suma del % de C libre en forma de grafito más el % de C combinado en forma de cementita.

Resumiendo y para fijar ideas, las fundiciones grises presentan las siguientes propiedades mecánicas:

- Poseen una gran capacidad de amortiguación de vibraciones y sonido, debido principalmente por la discontinuidad en su estructura interna que supone la presencia de grafito. En este sentido, la fundición gris se utiliza bastante en la fabricación de bancadas o pedestales para máquinas y motores, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos y herramientas agrícolas entre otras, por su gran capacidad para amortiguar las vibraciones y ruido que se generen por el propio funcionamiento de las máquinas y herramientas.

- También las fundiciones grises presentan una elevada resistencia al desgaste y gripado, debido al poder autolubricante del grafito y que además es capaz de retener un film de aceite incluso a altas presiones.

- Son sensibles al efecto de entalla y presentan una resistencia a la compresión que es de tres a cuatro veces superior a su resistencia a la tracción.

- Las fundiciones grises, a parte de su buena fluidez para el colado, se mecanizan muy bien debido a que las láminas de grafito favorecen la operación, al cortar la viruta producida en el mecanizado.

- Asimismo, las fundiciones grises pueden ser sometidas a tratamientos térmicos para mejorar sus propiedades mecánicas similar a los tratamientos a que se someten los aceros de alto contenido en carbono, como posteriormente se verá.

- Las fundiciones grises presentan además una elevada resistencia a la corrosión y al ataque químico en medios agresivos. En efecto, durante la corrosión, el hierro de la fundición se transforma en óxido de hierro hidratado, en tanto que el grafito presente no es atacado.

La estructura de grafito que resulta del ataque es capaz de retener sobre la superficie a la capa de óxido que se genera en el proceso de oxidación y que va a resultar una protección muy eficaz contra la penetración del medio agresivo.

La acumulación del grafito en la superficie corroída suele impropiamente llamarse ferritización, aunque este proceso no debe ser confundido con los procesos de ferritización directa e indirecta que tienen lugar en las fundiciones grises y maleables respectivamente.

La norma ASTM A48, como se ve en la siguiente tabla, divide a las fundiciones grises en diferentes clases en función de su resistencia mecánica (el número identificativo de cada clase expresa su resistencia a la tracción en ksi).

Tabla 2.  Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM A48-41.

Clase

Resistencia a la tracción
(psi)

Dureza Brinell

Estructura

20

24000

130-180

F,P

30

34000

170-210

F,P,G

40

44000

210-260

P,G

50

54000

240-280

P,G

60

64000

260-300

B,G

Nota:  F: ferrita;  P: perlita;  G: grafito;  B: bainita


 

Cabe recordar que las fundiciones que presentan la mayor resistencia y módulo elástico son las que poseen un menor carbono equivalente (CE) y que han sido enfriadas con una cierta rapidez para obtener láminas de grafito muy pequeñas (la separación interlaminar de la fase matriz perlítica también será pequeña).

- Tratamiento térmico de las fundiciones grises:

Aunque las fundiciones grises suelen utilizarse directamente en estado bruto de moldeo, en ocasiones concretas pueden ser objeto de tratamiento térmico con objeto de conseguir unas características mecánicas determinadas.

Los tratamientos térmicos más habituales a los que podrán ser sometidas las fundiciones grises, y en concreto las de tipo laminares, son los de recocido, relajación de tensiones y normalizado. El resto de los tratamientos térmicos habitualmente utilizados con los aceros (temple, austempering, martempering, etc.) solo se ejecutarán en las fundiciones ligeramente aleadas con el fin de incrementar su templabilidad.

El tratamiento de recocido se utiliza para mejorar la maquinabilidad de estos productos e implica la obtención de una matriz ferrítica. La transformación de la fase matriz perlítica en ferrita se puede inducir en un recocido subcrítico entre 700-760°C o por calentamiento hasta la región austenítica (800-900°C) y enfriamiento muy lento en la región eutectoide.

El tratamiento de normalizado consiste en una austenización a 875-900°C seguida de un enfriamiento al aire para transformar la austenita en perlita.

Por último, el tratamiento térmico de relajación de tensiones se utiliza para reducir las tensiones internas que se generan durante la solidificación y el enfriamiento de una estructutura en estado bruto de moldeo. Consiste en mantener durante un tiempo variable de entre 2 y 8 horas a una temperatura de entre 500 y 650°C, seguido de un enfriamiento al aire.

5- Fundiciones dúctiles o nodulares

Como ya se apuntaba en el apartado anterior, las fundiciones grises dúctiles o nodulares (también llamadas esferoidales) se caracterizan por presentar el grafito en forma de pequeñas esferas.

La morfología esferoidal del grafito se consigue al realizar una ligera adición de elementos inoculantes, principalmente magnesio (Mg), que favorecen la cristalización radial del grafito.

Fundiciones dúctiles o nodulares

El grafito esferoidal le confiere a este tipo de fundiciones unas propiedades metálicas comparables, en cuanto a resistencia mecánica (valores máximo de 70-80 kg/mm2), a la de los aceros.

En la figura adjunta se muestra que la transición de grafito laminar a grafito nodular o esferoidal no es brusca, sino que cuando las adiciones de magnesio como elemento inoculante no son suficientes, entonces se forma un tipo de grafito compacto que tiene una morfología intermedia entre las otras dos.

El paso de grafito laminar a grafito esferoidal se traduce en un fuerte aumento de la resistencia mecánica (máx. 70-80 kg/mm2) que como se ha dicho es comparable a la de los aceros, así como de una mayor ductilidad, dado que el cambio de morfología reduce considerablemente la concentración local de la tensión.

En la misma figura se puede ver una comparativa entre las curvas tensión-deformación a tracción de una misma fundición con las diferentes morfologías de grafito (laminar, compacto y esferoidal).

En cuanto a los tratamientos térmicos habituales de las fundiciones nodulares, estos son similares a los que se pueden realizar sobre las fundiciones grises laminares, vistos en el apartado anterior.

Y en cuanto a las aplicaciones más habituales para las que se emplean las fundiciones grises nodulares están la fabricación de tuberías (por colada centrifugada) y la fabricación de piezas en el sector del automóvil.

6- Fundiciones atruchadas

Las fundiciones atruchadas se caracterizan por tener una matriz de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris, dado que en este caso la aleación solidifica, en parte siguiendo el diagrama estable y, en parte, siguiendo el metaestable.

De ahí deriva que se denominen fundiciones atruchadas, porque presentan, simultáneamente, grafito y ledeburita, que le confiere su peculiar coloración moteada, parcialmente blanca, parcialmente gris.

El carbono en este tipo de fundiciones se encuentra en parte libre y combinado a la vez, siendo difícilmente maquinable.

Las fundiciones atruchadas se pueden dar en coladas de piezas pequeñas en fundición que era potencialmente gris. De esta forma, aunque el núcleo solidifique según el sistema estable, dando grafito, la periferia puede (por ser su enfriamiento más rápido) solidificar "metaestablemente" dando ledeburita.

En el caso que las piezas sean muy pequeñas (Ø < 5mm), su proceso de enfriamiento será muy rápido, y su estructura será totalmente blanca.

7- Fundiciones maleables

Las fundiciones maleables difieren del resto de las fundiciones descritas en los apartados anteriores en que se trata de fundiciones que inicialmente eran blancas (microestructura a base de cementita y perlita) y se convierten en fundiciones grises en un tratamiento térmico posterior, resultando un producto relativamente tenaz y dúctil, de ahí su nombre.

Esta familia de fundiciones tienen un contenido en silicio intermedio entre las fundiciones blancas y grises.

Por tanto, las fundiciones maleables son aleaciones férreas que en estado bruto de solidificación eran fundiciones totalmente blancas en todo su espesor y que, por recocidos adecuados de las piezas son transformadas en fundiciones denominadas maleables.

Recordar que es indispensable que las piezas brutas de colada tengan estructura blanca en todo su espesor. De no ser así, el grafito obtenido al solidificar se presentaría en forma de láminas, que no podrían ser eliminadas por tratamiento térmico y disminuirían las características mecánicas de las piezas. Además, deben ser hipoeutécticas, para no tener que eliminar excesivo carbono.

El tratamiento térmico de maleabilización de la fundición blanca de partida para obtener fundiciones maleables consiste en dos etapas fundamentales:

1º etapa: Grafitización → consiste en un calentamiento de austenización entre 800 y 970°C, mantenido durante un tiempo suficientemente prolongado (entre 20 y 30 horas), con objeto de descomponer toda la cementita en grafito

2º etapa: Enfriamiento → durante la etapa de enfriamiento se conseguirá la microestructura final resultante que será grafito, del tipo compacto, en una matriz de ferrita, ferrita-perlita o perlita, dependiendo de la velocidad del enfriamiento que ocurra posterior a la austenización.

Fundiciones maleables

Así, se obtendrá una fundición maleable de matriz ferrítica (micrografía de la izquierda) si el proceso de enfriamiento es rápido hasta 740ºC, seguido de un enfriamiento lento (aprox. de 3 a 10ºC por hora) de manera que la austenita se transforme en ferrita y grafito.

Por otro lado, se obtendrá una fundición maleable de matriz perlítica si se produce un enfriamiento lento hasta 850 ºC, seguido de un enfriamiento rápido al aire. En este caso, al producirse el enfriamiento rápido al aire la austenita se transformará en perlita, dando lugar a una fundición maleable de matriz perlítica, también conocida como estructura de ojo de buey (micrografía de la derecha).

Las propiedades mecánicas de la familia de fundiciones maleables van a depender principalmente de la microestructura de la fase matriz.

Así, una fundición maleable de matriz perlítica puede tener una resistencia de entre 400-600 MPa con alargamientos entre el 2 y 10%. Estas fundiciones reciben el nombre de fundiciones maleables de corazón negro o americanas, para diferenciarlas de otras fundiciones maleables que se producen en Europa, que son denominadas de corazón blanco, y que resultan de la descarburación superficial de la fundición blanca de partida.

Así, el tratamiento de maleabilización europeo consiste en un recocido oxidante con el que se trata de descomponer la cementita y eliminar todo el carbono del producto por difusión hasta la periferia de la pieza y salida de ésta por combinación con el oxígeno para producir CO2. El tratamiento consiste entonces en la austenización de la fundición blanca de partida a una temperatura muy alta (950-1050°C) y permanencia durante 75-100 horas para facilitar la salida del carbono.

De cualquier manera, no todo el carbono disuelto en la austenita logra difundir hasta la superficie, por lo que es necesario realizar un enfriamiento lento hasta unos 650°C para evitar la precipitación de Fe3C y la formación de perlita en la región central de la pieza.

La microestructura final de estas fundiciones es totalmente ferrítica en la superficie, pudiendo también quedar pequeños nódulos de grafito en el centro de la pieza, cuando éstas tienen un diámetro superior a 7 mm.

El hecho de que en las fundiciones maleables europeas la superficie de éstas sea ferrítica, les confiere la posibilidad de galvanización. Otras propiedades de las fundiciones maleables europeas son la posibilidad de soldeo (contenido de %C < 0,25%), y resistencia al agua de mar.

Por último, la fundición maleable europea posee una resistencia a la tracción en torno a 350 MPa, 10-20% de alargamiento y una dureza Brinell de aproximadamente 150 unidades.

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En cuanto a la fundición maleable americana, o de corazón negro, ésta tiene un mayor contenido en silicio (Si) que la europea, con el fin de facilitar la grafitización.

Para que se origine el tipo de fundición maleable americana, el recocido deberá consistir en precipitar, sin oxidación, todo el carbono de la cementita en forma de grafito. En este caso, la temperatura de austenización se sitúa entre 900-950 ºC y el tiempo de permanencia de entre 5-20 horas (tanto más tiempo cuanto menor sea el contenido en el elemento grafitizante Si).

Existen dos tipos de fundación maleable americana: de matriz ferrítica y de matriz perlítica.

Para obtener, una matriz totalmente ferrítica el enfriamiento deberá ser muy lento al pasar por las temperaturas de transformación, a fin de evitar la formación de perlita (de entre 10 a 30 horas, desde 760º a 700º C).

En estas fundiciones, el grafito, por aparecer en forma de nódulos, no produce "efecto de entalla" (como el grafito laminar) ni afecta prácticamente a la resistencia ni al alargamiento en el ensayo de tracción.

La matriz, por ser ferrítica, es dulce y muy maleable. Permite ángulos de plegado importantes y posee una excelente maquinabilidad. Esta última propiedad viene mejorada aún por la presencia de grafito, que permite el desprendimiento rápido de las virutas, al mismo tiempo se asegura una lubricación de la cara de corte de la herramienta.

Por otro lado, en cuanto la fundición maleable americana de matriz perlítica, su composición química es similar a la anterior, incluido el proceso de recocido grafitizante, que también es similar a la de matriz ferrítica.

La diferencia entre ambas está en el proceso de enfriamiento. En este caso, el enfriamiento entre 780º y 700º C es más rápido -en corriente de aire- para así poder obtener la estructura perlítica. Este enfriamiento puede ser también hecho en forma de temple al que siga después un revenido. De esta forma se obtienen las buenas características mecánicas -de resistencia y tenacidad- de la martensita revenida.

Las fundiciones maleables americanas perlíticas difieren de las fundiciones maleables americanas ferríticas en que son más resistentes, más duras y menos dúctiles.

Además de sus características mecánicas y de la posibilidad de tratamiento térmico de bonificado, las fundiciones perlíticas de corazón negro poseen una estructura relativamente uniforme, buena rigidez y buena resistencia a la fatiga.

Estas propiedades y su excelente colabilidad justifican la amplia utilización industrial de este tipo de fundición para la fabricación de engranajes, bielas, pistones, árboles de levas, árboles de transmisión, cadenas, etc.

Tabla Resumen - Transformaciones de las Fundiciones

Transformaciones en las fundiciones de hierro

 


ANEXOS


 

 

A.1- Diagrama Hierro-Carbono (Fe-C)

Diagrama Hierro-Carbono (Fe-C)

 

 

>> FIN DEL TUTORIAL

 

 

 

 

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