FUNDICIONES FÉRREAS

FUNDICIONES FÉRREAS

CÁTEDRA DE METALOTECNIA

E.T.S.I.M.O.

FUNDICIONES FÉRREAS

I. INTRODUCCIÓN

II. FUNDICIONES BLANCAS

III. FUNDICIONES GRISES

IV. FUNDICIONES ATRUCHADAS

V. FUNDICIONES MALEABLES

V.1 - Maleable - europea

V.2 - Maleable - americana: - ferrítica

- perlítica

VI. BIBLIOGRAFÍA

VII. OBSERVACION MICROGRAFICA

VIII. CUESTIONARIO

Basado en las Prácticas de Metalografía elaboradas por el Catedrático Profesor J. A. PERO – SANZ (Cátedras de Metalotecnia de la ETSIMM y ETSIMO).

Revisión de J. O. García y J. I. Verdeja. Abril 2008.

FUNDICIONES FÉRREAS

I.- INTRODUCCIÓN

Del horno alto se obtiene la forma más impura de hierro comercial: arrabio (pig iron) que en realidad es una fundición (el carbono varía entre 2 - 4%).

Cuando nos referimos habitualmente a "fundición" -o hierro colado- no tratamos de arrabio sino de otras formas comerciales más puras, resultado de la refusión de arrabio, en hornos de cubilote; horno poco costoso, de gran rendimiento y cuyo combustible no es caro, pues se trata de gas de coquería. Entre las características de las fundiciones queremos señalar algunos aspectos:

- su punto de fusión -notablemente más bajo que el de los aceros- por su elevado contenido en C.

- buena colabilidad (gran fluidez) en estado líquido.

- débil rechupe.

Todas las aleaciones empleadas industrialmente para moldeo cumplen un determinado papel: fundiciones, aceros, aleaciones de Cu, aleaciones ligeras, ultraligeras, etc.

Sin embargo, la economía que suponen las fundiciones Fe-C, comparadas con otras aleaciones justifican 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. Se adapta perfectamente a la producción de piezas delgadas y de perfil complicado.

Debido a su alta densidad libera gases e inclusiones no metálicas con mayor facilidad que las aleaciones ligeras. Su contracción es pequeña (0 a 1,9 %) frente a la del acero o las aleaciones ligeras (4 a 6 %). El rechupe es aproximadamente la mitad que el de las otras aleaciones de moldeo.

Por no ser aleaciones forjadas, lógicamente, su alargamiento será muy pequeño, y su resiliencia baja.

Por idéntica razón a los aceros -transformación alotrópica del Fe y pérdida de solubilidad del C en solución sólida- admiten tratamientos térmicos.

II.- FUNDICIONES BLANCAS. (Sistema Fe-C metaestable).

Por corresponder a la solidificación metaestable no presentan grafito. Pueden ser hipoeutécticas (2,11 < %C < 4,3 %), eutécticas (4,3 %C) o hipereutécticas (4,3 %C a 6,67 %).

Su característica general es que -puesto que el intervalo de solidificación termina en la eutéctica- todas presentan ledeburita. La morfología de la ledeburita se conserva a temperatura ambiente; si bien, el agregado no está formado por austenita y cementita, sino por perlita y cementita: en el intervalo θE - θe la austenita cede carbono que forma cementita secundaria; hasta llegar a θe, en que por tener la austenita 0,77 % de C, se transforma en perlita.

El contenido en Si de las fundiciones blancas es pequeño: para favorecer la solidificación según el sistema metaestable.

Aunque las fundiciones integralmente blancas tienen una gama de empleo limitada a causa de su baja resiliencia -menor que las grises- y de su difícil mecanizado -mucha cementita-, esta última característica justifica su uso cuando se quieren elevadas resistencias al desgaste: bolas de molino, forros de machacadoras de mandíbulas, revestimiento de tolvas, etc.

Prácticamente todas las funciones blancas industriales son hipoeutécticas. Pueden tener contenido bajo en elementos de aleación, para favorecer la templabilidad. Entre estas señalamos por su interés la fundición Ni-Hard que templa fácilmente; dado el alto contenido en Ni aparecerá además de martensita gran cantidad de austenita retenida. En condiciones de trabajo esta austenita retenida puede pasar -por acritud- a martensita.

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).

Cuando el desgaste y la corrosión se deben a rozamiento con partículas muy finas y abrasivas, es preferible emplear fundiciones blancas de media o alta aleación: presentan carburos no cementíticos y martensita.

III.- FUNDICIONES GRISES. (Solidificación estable).

La diferencia entre fundiciones blancas y grises, debida al color de su fractura, responde a diferencias estructurales más profundas que esta coloración.

La característica de las fundiciones grises es que solidifican según el diagrama estable; es decir, los constituyentes de equilibrio durante la solidificación son austenita y grafito libre; por consiguiente no presentan ledeburita.

El carbono, en forma de grafito, ocupa un volumen mucho mayor que el carbono combinado en forma de cementita (peso específico del grafito 2,2). Entre otros, los principales factores que favorecen la solidificación estable son:

- Lenta velocidad de enfriamiento (conseguible más fácilmente si las piezas son grandes, masivas).

- Adición de elementos grafitizantes: Silicio -principalmente- P, Al, Ni, Cu; es decir elementos no carburígenos (el Cr, Mo, W favorecerían el enfriamiento metaestable).

La adición de estos elementos, principalmente el Si, modifica la posición del eutéctico y eutectoide.

Transformación Eutéctica  % C = 4,25 - % Si/3 - % P/3

Transformación Eutectoide  % C = 0,69 - % Si/3 - % P/3

Se denomina % C equivalente de una fundición, al término = %C + % Si/3 + % P/3

El efecto estable de los elementos grafitizantes es diluir los preagrupamientos atómicos Fe – C, para que no den posteriormente cementita. Esta dilución, que se consigue por simple efecto de masa, viene favorecida por un efecto de afinidad: El Fe es más afín a preagrupamientos con Si, P, Al, etc. que con el C.

Cuando el contenido en P es elevado (> 0,07 %) y el enfriamiento rápido, suele aparecer Steadita: eutéctico ternario (Fe3C 31%, Fe3P 42%, Feα 27%).

El grafito puede obtenerse con morfología laminar -el más común industrialmente- o en forma esferoidal.

La morfología del grafito laminar suele ser:

- láminas largas (tipo C o tipo A según la clasificación ASTM),

- en rosetas (grafito eutéctico tipo B), que indican ligero subenfriamiento y germinación precoz,

- interdendrítico (en laminillas -tipo E- o puntual -tipo D-) debido a subenfriamiento importante y germinación tardía.

La morfología esferoidal -esferoides claramente nucleados- se presenta cuando hay elementos que favorecen la cristalización radial del grafito, en sectores, cuando la velocidad de crecimiento en la dirección del eje “c” supera a la de crecimiento basal, según el eje “a”. Tales elementos son el Mg, Ce, Ca2Si, etc. (reciben el nombre de elementos inoculantes).

Una vez verificado el paso total líquidus-sólidus, que termina a la temperatura eutéctica, veamos qué pasa al enfriar la aleación ya solidificada.

En el intervalo θE (temperatura eutéctica)  θe (temperatura eutectoide), el parámetro cristalino de la austenita se contrae por enfriamiento; y como resultado, disminuye la solubilidad en C del Fe: la austenita cede C y éste puede aparecer en forma de grafito (enfriamiento 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).

A continuación, se resume en forma de esquema, los resultados de enfriar la fundición gris –ya solidificada-, con equilibrio estable, o metaestable, Fig. 1.

Fig. 1. Vid. Fig. 23 del libro de texto (J. A. Pero – Sanz)

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.

Las fundiciones grises (laminares o esferoidales) pueden, pues, presentar distintos tipos de constituyente matriz: matriz perlítica, matriz ferrito-perlítica, matriz ferrítica.

Las propiedades de las fundiciones grises dependen del grafito (tamaño, forma, distribución) y de la naturaleza del constituyente matriz. Puede decirse que las estructuras de las fundiciones grises son equivalentes a las de una matriz de perlita, ferrita, martensita, etc., es decir, a las de un acero con un sinnúmero de

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