Fundiciones

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FUNDICIONES

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA

MECANICA F.I.U.B.A.

ING. GUILLERMO CASTRO

FEBRERO 2009

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FUNDICIONES DE HIERRO

Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del

2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. Se caracterizan por que se pueden

vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no

pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero

sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.

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

- Son más fáciles de maquinar que los aceros.

- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.

- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.

- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes.

- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.

De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas,

atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o

aleadas.

MICROCONSTTITUYENTES DE LAS FUNDICIONES

Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, más el

eutéctico ledeburita compuesto de austenita y cementita, el eutéctico ternario de cementita, ferrita

y fosfuro de hierro (esteadita) y el carbono en forma de láminas, nódulos o esferitas de grafito, su

microestructura se basa en el diagrama hierro carbono estable.

Ledeburita: Es el constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4.3% C

desde 1145°C. Está formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% 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.

Esteadita: Es un constituyente de naturaleza eutéctica duro, frágil (300 a 350 Vickers) y de bajo

punto de fusión (960°C), que aparece en las fundiciones de alto contenido en fósforo (más de 0.

l5 % P)

Propiedades

Es muy frágil, dureza baja de unos 80 a 100 HB, resistente al choque térmico, a la corrosión,

absorbe las vibraciones, bajo costo y poco soldable comparado con el acero.

Aspecto

La superficie exterior en la fundición es de color gris oscuro, mientras que la fractura es oscura

(fundición negra) o gris (fundición gris) o atruchada (puntos claros sobre fondo oscuro, o

viceversa) o clara (fundición blanca); al aire libre, la superficie externa se cubre de herrumbe

(óxido hidratado de hierro) de color rojo pardo que penetra lentamente en el interior.

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Peso específico

El peso específico varía con la composición y por consiguiente con el aspecto de la fundición; se

puede admitir, por término medio:

Fundición gris = 7 a 7.2

Fundición atruchada = 7.3 a 7.4

Fundición blanca = 7.4 a 7.6

Temperatura de fusión

Varía con la composición y el aspecto de la fundición. En promedio es:

Fundición negra gris 1200° C

Fundición blanca 1100° C

Fluidez

Es la propiedad del metal líquido de correr y de llenar bien los moldes: en igualdad de

temperatura, la fundición fosforosa es más fluida que la fundición con poco fósforo.

Contracción

Como se ha visto, el metal, al solidificarse, sufre una contracción: en la fundición blenca la

contracción es casi igual a la del acero (16 a 18 por 1000). 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 fundiciíon gris tiene una carga de rotura a la tracción que, de cerca de 15 Kg/mm2, llega a los

30 , 40 y 45 Kg/ mm2. Las fundiciones aleadas y las esferidales sobrepasan este límite llegando

a cargas que se pueden comparar a las de los aceros de calidad (70 y hasta 80 Kg/ mm2.) en las

fundiciones maleables las cargas de rotura son de por lo menos 32 Kg/ mm2, generalmente en

torno a 40 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, como vemos, es aconsejable someter las piezas de

fundición a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.

Resistencia a la flexión

Puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y

comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varia según la orientacion de la sección.

Resistencia al choque

El choque y la resiliencia son solicitaciones dinámicas, y en su confrontación la fundición se

comporta de un modo particular. Las fundiciones grises, resisten no muy bien los choque y son

frágiles porque no sufren deformaciones plásticas. Las fundiciones maleables, por el contrario, y

las de grafito nodular (fundiciones dúctiles) resisten bien; no obstante, si los choques está

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contenidos en el límite de seguridad; las fundiciones grises tienen un óptimo comportamiento, por

su propiedad característica de amortiguar las vibraciones, por esto (además de por razones

económicas) se ha llegado a sustituir los cigüeñales de acero tratado para compresores y para

motores de combustión interna, por árboles colados con fundición gris, obteniéndose un

funcionamiento más regular más suave y menos ruidoso.

Dureza

La dureza de la función es relativamente elevada. 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, excepto en las fundiciones maleables y en las de grafito nodular.

Las fundiciones blancas tienen una dureza superior a 350 a 400 Brinell. Hasta cerca de 550

Brinell se pueden mecanizar con herramientas de carburo; más allá, requieren la muela de

esmeril

Resistencia química

La fundición tiene una discreta resistencia química, es decir, a los ácidos, a los álcalis, a las

oxidaciones y al fuego. Por esto se hacen elementos para máquinas e instalaciones químicas y

elementos para máquinas e instalaciones térmicas (parrillas, por ejemplo, calderas, etc).

Otras propiedades

La fundición no es dúctil, no es maleable (en el verdadero sentido de la palabra); se puede soldar

al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco, el metal de aporte (acero o

fundición) adquiere una elevada dureza y sólo con alguna dificultad puede ser trabajado. La

fundición puede recibir baños galvánicos (ser niquelada, por ejemplo), ser galvanizada en

caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezas de uso doméstico y par la industria química)

FUNDICION GRIS

La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas

de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.

Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución

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El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el

colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.

Microestructura del hierro gris (ferrita y perlita)

El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas,

herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de

vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.

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

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

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

FUNDICION NODULAR

La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y

chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el

hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que

sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o

ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia,

buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser

tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial,

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