Fundiciones blancas

Las fundiciones blancas son aleaciones Fe-C cuyos procesos de solidificación y transformaciones en estado sólido, se realizan siguiendo las leyes generales del diagrama metaestable: su estructura está constituida principalmente por perlita y cementita: grupos de colonias de perlita derivados de la austenita primaria (libre), rodeados por ledeburita transformada, formada por cementita y perlita.

Se producen principalmente por moldeo de la aleación en moldes metálicos con un ajuste apropiado de la composición química.

Se caracterizan por su gran dureza y fragilidad, causadas por la presencia de cantidades importantes de cementita. En general no son maquinables y el acabado se realiza siempre por rectificado.

Al presentar fragilidad y falta de maquinabilidad su aplicación es muy limitada en el campo de la ingeniería. Por otra parte si son muy empleadas en aquellos casos donde la ductilidad no es un requisito como por ejemplo en camisas interiores de hormigoneras, en placas de revestimiento de molinos para triturar o en rodillos, para equipos de movimiento de tierra minería y molienda, maleables, etc. Aunque su principal uso es como material base para fabricar fundiciones maleables.

Estructura

El porcentaje de carbono presente en esta fundición oscila entre un 1,8 y un 3,6%, mientras que el contenido en silicio es bastante bajo, entre el 0,5 y el 2%. Además contiene manganeso en cantidades que oscilan entre un 0,2 y un 0,8%, un 0,18% de fósforo y un 0,1% de azufre. Su estructura es fibrosa y de grano chico.

Tipos

Las fundiciones blancas se pueden clasificar en función de la morfología y distribución de las fases que viene determinada por la etapa de enfriamiento en la que se formaron.

Fundiciones blancas hipoeutécticas: son aquellas que están formadas por dentritas de austenita primaria transformada en perlita y ledeburita transformada.

Propiedades

Las fundiciones blancas al contener cementita hacen que estas presenten gran dureza y fragilidad, aunque posee una gran resistencia al desgaste y a la abrasión. El punto de fusión se encuentra entre los 1100 y 1200 °C.

Fundición Gris

El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición gris, es un tipo de aleación, cuyo tipo más común es el conocido como hierro fundido gris.

El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.

Las propiedades físicas y en particular las mecánicas varían dentro de amplios intervalos respondiendo a factores como la composición química, rapidez de enfriamiento después del vaciado, tamaño y espesor de las piezas, práctica de vaciado, tratamiento térmico y parámetros microestructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamaño de las hojuelas de grafito.

Un caso particular es el del grafito esferoidal, que comienza a utilizarse en los años 1950, a partir de entonces ha desplazado otros tipos de hierro maleable y hierro gris.

Entre los primeros usos de este material se dieron, en Europa occidental, en el año 1313, específicamente en la fabricación de cañones, y presumiblemente en la misma época se comenzaron a utilizar también en la construcción de tuberías. Se tienen registros de que en 1455 la primera tubería de hierro fundido fue instalada en Alemania, en el Castillo Dillenberg.

El proceso de fabricación de los tubos de hierro fundido ha tenido profundas modificaciones, pasando del método antiguo de foso de colada hasta el proceso moderno por medio de la centrifugación.

Principales Propiedades

Aspecto: La superficie exterior en la fundición es de color gris.

Peso específico: Fundición gris = 7 a 7.2.

Temperatura de fusión: Varía con la composición promediando: Fundición gris 1200° C

Contracción: En las fundiciones grises, en las cuales en el momento de la solidificación se segregan las laminillas de grafito ( de peso específico - 2 ) con aumento de volumen de la masa, la contracción final resulta menor ( 10 por 1000); la contracción varia también según los obstáculos mayores o menores que encuentra la colada en el molde.

Resistencia a la tracción: La fundición gris tiene una carga de rotura a la tracción, de cerca de 15 Kg/mm2, llega a los 30 , 40 y 45 Kg/ mm2. La resistencia a la comprensión es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la tracción: por eso, es aconsejable someter las piezas de fundición a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.

Resistencia al choque: Las fundiciones grises, resisten no muy bien a los choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas.

Dureza: La fundición gris tiene una dureza de 140 a 250 Brinell, se puede mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el corte de la herramienta, la Viruta es siempre escamosa.

Clasificación de las fundiciones grises

Las fundiciones grises se pueden clasificar de varia formas, pero una de las más usuales es la clasificación por la estructura de la matriz, clasificándola en:

Fundición gris perlítica. Su estructura está formada de perlita con inclusiones de grafito. Como se sabe, la perlita contiene un 0,8 % de C, por consiguiente, esta unidad de carbono se halla en la fundición perlítica gris en estado ligado (es decir, en forma de cementita). La cantidad restante se encuentra en estado libre, o sea, en forma de grafito.

Fundición gris ferrítica. En esta fundición la matriz es ferrita y todo el carbono que hay en la aleación está en forma de grafito.

Fundición gris ferrito-p. La estructura de esta fundición está formada por ferrita y perlita e inclusiones de grafito. En esta fundición la cantidad de carbono ligado es menor que el 0,8 % de Carbono.

Ventajas en la Utilización de las fundiciones grises

El empleo de la fundición gris respecto a otras aleaciones posee las siguientes ventajas:

Las piezas obtenidas de fundiciones grises son, en general más baratas que las de acero (siendo el material que más se utiliza en los talleres y fábricas de maquinaria, motores, instalaciones, y otros). Su fabricación es también más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas relativamente poco elevadas y más bajas que aquellas correspondientes al acero.

Para mecanizar las fundiciones grises son en lo general mucho más fáciles que los aceros.

Con las fundiciones grises se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones y también piezas pequeñas y complicadas que se pueden obtener con gran precisión de formas y medidas. Además en ellas es mucho menos frecuente la aparición de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero fundido.

En la obtención de la fundición gris exige menos precauciones que la del acero y, sin necesidad de conocimientos técnicos muy especiales, se llegan a obtener fundiciones con características muy aceptables para numerosas aplicaciones.

La solidificación en las fundiciones grises presentan mucho menos contracción que los aceros y, además, su fabricación no exige como en los aceros, el empleo de refractarios relativamente especiales de precio elevado en el mercado.

Aplicación de las Fundiciones Grises.

Las fundiciones grises son bastantes utilizada en aplicaciones como:

Bases o pedestales para máquinas. Herramientas. Bastidores para maquinaria pesada Bloques de cilindros para motores de vehículos. Discos de frenos. Herramientas agrícolas entre otras.

Fundiciones maleables

Se obtienen por recocido de fundiciones blancas en condiciones especiales. La designación de fundición maleable utilizada por la mayoría de los países, es en realidad un término impropio que puede inducir al error de pensar que el fin del tratamiento térmico es obtener productos fácilmente forjables. En realidad se producen para reemplazar piezas que deberían ser fabricadas por forjado.

Tipos de fundiciones maleables

De corazón blanco (White-heart):(Europea). La obtención es mediante la descarburación, calentando la pieza obtenida por moldeo de fundición blanca. Se requiere un oxidante, que suele ser óxido de hierro, y la pieza se coloca en cajas herméticamente cerradas a temperaturas entre 900 y 1100ºC durante unos 10 días, para finalmente enfriarla lentamente. Estas aleaciones deberían presentar una microestructura en la que sólo apareciera ferrita, pero en la práctica suele quedar algo de grafito nodular e incluso restos de cementita y perlita sin transformar. Por lo que la migración del C en el núcleo, y la oxidación en la superficie.

Para que todo el mecanismo se cumpla se debe cumplir que la pieza a obtener debe ser de poco espesor (hasta 5mm), para que el enfriamiento sea rápido, y se forme un núcleo dúctil y blando (libre de C), con una superficie dura (alto en el % de C). La composición química es la siguiente partiendo de las fundiciones blancas 2,7 - 3,2 % C, 0,6 - 0,9 % Si, 0,2 - 0,45 % Mn, 0,08 - 0,2 % S, 0,05 - 0,2 % P.

De corazón negro (Black-heart):(Americana)

Se basan en la descomposición total o parcial de la cementita. El proceso se realiza calentando la pieza obtenida en fundición blanca recubierta de un material neutro a una temperatura de unos 850-900ºC durante unos 6 días. Estas fundiciones presentan una microestructura de nódulos de grafito sobre matriz ferrítica.

En la agrupación de C en sección por calentamiento del medio neutro (Arena, SiO2. El medio que rodea la pieza es neutro (SiO2), por lo que la Si, al tener más afinidad con el O, que con el C, hace que el C no se desplace hacia fuera. De esta forma queda un núcleo negro y duro. La fundiciones maleables de corazón negro tienen la composición

química siguiente 2 - 2,8 % C, 0,9 - 1,7 % Si, 0,25 - 0,65 % Mn, 0,06 - 0,25 % S, 0,08 - 0,25 % P.

Características

En las fundiciones maleables la tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad el carbono a temperaturas alta, constituye la base de la fabricación de dichas fundiciones quedando de esta manera Fe3 C 3Fe + C. Donde la maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que está como cementita en la fundición blanca, en nódulos irregulares de grafito en forma de gota de mancha de tinta. Las fundiciones maleables, se caracterizan por su especial aptitud a la deformación, superior a la de las fundiciones grises.

Aleaciones más Comunes de las fundiciones maleables

Fundiciones maleables ferríticas.

Su microestructura típica consiste en grafito revenido en matriz de ferrita. Sus propiedades concretas dependerán de la proporción, tamaño, forma y distribución del grafito y de la composición de la ferrita. Suelen requerir un recocido en dos etapas: en la primera se transforman los carburos en grafito revenido; en la segunda, el carbono disuelto en la austenita que se forma en la primera etapa en grafito revenido y ferrita.

La matriz, por ser ferrítica, es dulce y muy maleable; permite ángulos de plegado importantes y posee una excelente maquinabilidad; esta 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.

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.

Fundiciones maleables perlíticas y martensíticas-perlíticas

Pueden fabricarse con una amplia variedad de propiedades según su composición, el proceso de fusión y el tratamiento térmico que se les aplique, siendo las más resistentes las martensíticas- perlíticas.

Gracias a su microestructura tienen unas excelentes propiedades de resistencia al desgaste, pero su capacidad para ser soldadas es escasa por el peligro de formar una capa sin grafito, propia de una fundición blanca. Son utilizadas por su excelente maquinabilidad además de su ductilidad.

Aplicaciones

Atendiendo a sus propiedades y su excelente colabilidad justifican la amplia utilización industrial de este tipo de fundición: para engranajes, bielas, pistones, árboles de levas,

árboles de transmisión, cadenas, además de accesorios para cañerías, transmisión y conducción de líquidos y gases, piezas pequeñas, o piezas de bajo espesor.