Propiedades y Aplicaciones de las Fundiciones de Hierro

Fundiciones de Hierro

3. Factores que afectan a la forma del carbono en la fundición

a) Velocidad de enfriamiento: Al aumentar la velocidad se favorece la estabilización de la cementita (diagrama metaestable). Cuando el espesor es grande, la velocidad disminuye.

b) Composición química: Las composiciones afectan al rango de actuación:

• C: Disminuye la temperatura de fusión del hierro, mejora la colabilidad y aumenta la concentración de grafito.
• Si: Es grafitizante, por lo que favorece la descomposición de la cementita y mejora la fluidez.
• S: Estabiliza la cementita y forma FeS en los límites de grano, lo que fragiliza la fundición.
• Mn: Cuando forma MnS, favorece la formación de grafito (indirectamente). Pero cuando forma Mn₃C, estabiliza el Fe₃C, impidiendo la grafitización. Aumenta la resistencia y afina el grano.
• P: No tiene efecto en la forma de C; aumenta la fluidez y forma Fe₃P (esteadita), que es frágil.

Grafitizantes: C, Sn, P, Si, Al, Cu, Ni
Carburantes: Mn, Cr, Mo, W, V

c) Tratamiento térmico: Al realizar un tratamiento térmico a la fundición blanca, obtenemos fundición maleable.

d) Adición de Mg y Ce: El grafito cambia de forma. Cuantos más elementos de modificación se añadan, el grafito crece, quedando en forma de roseta. Si no se añade nada, crece en forma de esferas. Entre una forma y la otra, hay puntos intermedios. Los inoculantes son los materiales que se añaden para cambiar la forma del grafito; se añaden al hierro líquido justo antes de la colada y proporcionan lugares de nucleación para el grafito, favoreciendo su formación. Con ellos se reduce el subenfriamiento, se disminuye la formación de carburos, aumenta la grafitización, mejora la distribución de grafito y aumenta la resistencia.

e) Microestructura: Dependiendo de la microestructura, las propiedades mecánicas de las fundiciones varían:

Esfera de grafito: Ø

Propiedades

• Fluidez: Es la propiedad del material líquido de correr y llenar bien los moldes, en igualdad de temperatura. Esto es importante, ya que si aparecen fases sólidas, se queda una mezcla pastosa y el molde no se llena correctamente. La fundición con P es más fluida que la fundición con poco P, debido a que baja la temperatura de fusión, pero si nos excedemos y se forma el eutéctico ternario, la aleación se estropea.
• Temperatura de fusión: Varía con la temperatura de la fundición. Para la fundición gris son 1200 °C y para la fundición blanca 1100 °C.
• Contracción: Lo ideal es que sea baja. En la fundición blanca, la contracción es casi igual a la del acero. En las fundiciones grises, la contracción final es menor, ya que en el momento de la solidificación se segregan las láminas de grafito, aumentando éste en masa y el volumen. La contracción también varía según los obstáculos que encuentre la colada en el molde.
• Mecanización: Todas las fundiciones que tengan grafito son muy mecanizables, ya que el grafito es autolubricante. Las fundiciones blancas son casi todo cementita, por lo que son poco mecanizables. Pero la fundición gris 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. Las fundiciones se pueden alear para conseguir resistencia a la abrasión y a la corrosión.
• Amortiguamiento de las vibraciones: Aquellas fundiciones que tengan bastante grafito amortiguan bien. Por ejemplo, un motor genera una vibración, y cuando la onda genera otra dentro de un material, se va a mantener ahí más o menos tiempo, dependiendo de la capacidad de amortiguación. El grafito, al ser copos en forma laminar, tiene un gran amortiguamiento.
• Resistencia al desgaste: Las fundiciones blancas son resistentes al desgaste porque son muy duras.
• Las fundiciones no son buenas conductoras de la electricidad y el calor, pero tienen un bajo coste.
• Resistencia a la tracción: Depende del tipo de estructura: las laminares son concentradoras de tensiones en las puntas (generan estados triaxiales de tensiones), lo que produce la resistencia mecánica (un copo de grafito tiene el mismo efecto que una punta).
• Resistencia a la compresión: Es mayor que a tracción, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de tracción.
• Resistencia a la flexión: Puesto que la flexión de las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa y comprimidas en la parte cóncava, la resistencia a flexión varía según la orientación de la sección.
• Resistencia a impacto: Las fundiciones grises resisten no muy bien a los choques, ya que son frágiles. Pero las fundiciones maleables y las dúctiles (de grafito nodular) resisten bien.
• Dureza: La dureza es relativamente elevada. Las fundiciones blancas tienen altas durezas.
• Forma: La forma del C hace que las propiedades mecánicas varíen. Cuando el C se encuentra en forma de láminas, los extremos de éstas pueden actuar como iniciadores de grietas. Así, la resistencia aumenta al reordenar la forma del grafito (ya que hay menos estados triaxiales) y según su tamaño. La fundición gris tiene una pobre resistencia al impacto y a la tracción.