Fundiciones. Capitulo 2.

Domingo, 20 de Enero de 2013
Fundiciones

Como anteriormente hemos comentado, se llama  fundición a las  aleaciones de hierro  y  carbono que  contienen de 1,7 a 4 % de carbono. Además pueden contener otros  elementos.

Diagraama hierrro - carbono

Diagrama hierrro - carbono

Diagrama hierrro - carbono, detalles

Diagrama hierrro - carbono, detalles

Sin  embargo,  no  es la  cantidad  de carbono  lo  que  caracteriza a las fundiciones, sino la forma  en que  este se encuentra.

La propiedad más  importante de  las  fundiciones es ser fácilmente fusibles, hasta  el  punto   de poder obtener  piezas, a veces sumamente complicadas, por  medio de moldes.

Clasificación de las fundiciones según  el  proceso de elaboración:

Según  el proceso de elaboraci6n, la fundición puede ser: de primera  fusión, de  segunda   fusión, maleable y  endurecida.

- La fundición de primera fusión o arrabio, que es tal como sale de los altos hornos donde se obtiene.

Se emplea  en forma  de lingotes para refundir o bien para la  fabricación del acero.

Esquema alto horno.

Esquema alto horno.

Esquema fundición lingote.

Esquema fundición lingote.

- Fundición de segunda fusión: La fundición  de  segunda  fusión, que  es la  que  se obtiene fundiendo de  nuvo  el lingote de  primera  fusión,  generalmente  en un  horno  llamado cubilote es de suma importancia en  el taller   mecánico.

Se emplea  la  fundición de  segunda  fusión en la obtenci6n de numerosísimas  piezas  de  maquinaria,  especialmente  las  que  no   necesitan   propiedades mecánicas  en  grado  muy  elevado, pero  que  son  de formas  complicadas, como las  bancadas  de  las  maquinas herramientas, y  aun  en  piezas  mas  delicadas, como  engranajes.

Partes del cubilote.

Partes del cubilote.

Partes  de  un cubilote:  1, parachispas; 2,  chimenea;  3, boca  de carga; 4, puerta de la boca  de carga; 5, plataforma de  carga; 6, coraza ; 7, cuba; 8, collar de  separaci6n; 9, revestimiento refractario ·camisa );  10,caja de  viento;  11,  válvula  de  regulación  del  viento; 12, ventilador;  13, tuba  de  viento;  14, boca  del encendido; 15, puerta  de la  boca  del encendido;   16,  crisol;  17,  solera;  18, puerta   del   vaciado;    19,  pies;   20, punta!; 21, mirilla; 22, tobera; 23, caja de  la  tobera; 24, piquera de la  escoria; 25, canal de la escoria; 26, piquera de  la colada; 27, canal de la  colada.

- Fundición  maleable. Se llama fundición maleable a  una fundición  de hierro en  la cual se ha conseguido cierta ductilidad y maleabilidad por medio de un  tratamiento térmico.

En general se emplea en muchas piezas que  han de ser tenaces y tener al mismo tiempo formas  complicadas.

- Fundición endurecida o fundición  templada: La fundición  templada es la que a través  de un  enfriamiento rápido, ha adquirido una dureza  mayor de la  normal.

Clasificación de las fundiciones según su composición y estructura

Según su composición y estructura, se pueden  distinguir  principalmente los  siguientes tipos  de  fundiciones: gris, blanca  y  atruchada.

Fundición.

Fundición.

-Fundición  gris. La  fundición gris  se  caracteriza   por  el  hecho  de  que la   mayor  parte  del carbono que  contiene se encuentra   en  forma  de  laminillas finas  de grafito, apreciables al microscopio, repartidas  dentro  de la masa metálica.

El hierro o fundición gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse.

No  es muy  dura  y  es la que  se emplea  en  una  segunda fusión para  moldería, o  sea, producción de  piezas  fundidas y también  muchas veces  para  su  conversión en  acero  -afino-.

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 micro-estructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamaño de las hojuelas de grafito.

Estructura fundición gris.

Estructura fundición gris.

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.

Piezas de Fundición Gris.

Piezas de Fundición Gris.

-Fundición  blanca. En la fundición blanca todo  el carbono, o la  mayor parte  de  él, queda  disuelto o  combinado con  el hierro,  de forma que, vista  al  microscopio, ya no  aparecen  laminillas de  grafito. Se llama  así porque  el color de  la  superficie de  rotura   es  blanco.

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 pequeño.

Estructura Fundición Blanca.

Estructura Fundición Blanca.

La  fundición blanca  es más dura, pero  más  frágil que  la gris aunque posee una gran resistencia al desgaste y a la abrasión. El punto de fusión se encuentra entre los 1100 y 1200 °C.

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. Aunque su principal uso es como material base para fabricar fundiciones maleables y para conversión en afino.

Piezas Fundición Blanca.

Piezas Fundición Blanca.

-Fundición  atruchada. Es intermedia  entre  la fundición blanca  y la gris.

-Fundición 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, especial.

Este tipo de fundición se caracteriza porque en ella el grafito aparece en forma de esferas minúsculas y así la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar, esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria.

La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.

El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris.

Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación debido a la presencia de pequeñas cantidades de magnesio o cerio, las cuales se adicionan al caldero antes de colar el metal a los moldes, la cantidad de ferrita presente en la matriz depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento.

Estructura Fundición Modular.

Estructura Fundición Modular.

Cada día se están sustituyendo muchos elementos de máquinas que tradicionalmente eran de fundición gris o acero por fundición nodular.

Fundición Nodular.

Fundición Nodular.

-Fundición Maleable: Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca.

Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy difícil de maquinar.

Estructura Fundición Maleable.

Estructura Fundición Maleable.

-Fundición Aleada: Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, a1 calor etc.

EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LAS FUNDICIONES:

Los elementos de aleación modifican la microestructura de las fundiciones y con ello su dureza y resistencia, estando en ocasiones estos cambios influenciados, además, por una variación de la templabilidad.

Los elementos de aleación modifican también como en los aceros, la situación de los puntos críticos y además ejercen una acción muy importante y compleja de la grafitización.

Ciertos elementos como el Silicio, aluminio, níquel y cobre, que se disuelven en la ferrita, la endurecen y la hacen aumentar su resistencia. Son elementos que favorecen la grafitización.

Otros elementos como el cromo, manganeso, y molibdeno son formadores de carburos, son elementos que tienden a formar fundición blanca en vez de gris y dificultan la grafitización.

Piezas de Fundición Aleada.

Piezas de Fundición Aleada.

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