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Fundición

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  • Metales y aleaciones conformados por fundicin

    Fundicin.- se denomina fundicin al conjunto de operaciones necesarias para dar forma

    a los metales y sus aleaciones por fusin y solidificacin en moldes que reproducen las

    formas que se desean lograr.

    El hierro gris, maleable, acero, el cobre, bronce, latn, el aluminio y otras aleaciones

    metlicas constituyen la preocupacin de los fundidores como posibles de formar por

    fundicin. Para completar el desarrollo del arte y ciencia de fundir, los especialistas de

    muchos pases realizan constantes esfuerzos para mejorar las condiciones de las arenas y

    otros materiales de moldeo, la fusin y metalurgia de las aleaciones y el manipuleo de los

    materiales.

    De esta forma el progreso que est alcanzando esta tecnologa en los ltimos aos ha

    permitido mayor rapidez en la produccin de piezas, el mejoramiento de las capacidades

    fsicas, de los productos, la economa por unidad producida y la ms elevada precisin en

    las dimensiones de las piezas.

    Los varios tipos de fundicin, base al tipo de metal fundido, son los siguientes:

    Fundidos de hierro:

    Fundicin gris.- produce una aleacin ferrosa de alto carbono.

    Fundicin Gris Aleada.- variedad de aleaciones, que se puede incorporar elementos

    de aleacin con propsitos especficos.

    Fundicin blanca.- carbono medio.

    Fundicin Dctil.- una aleacin ferrosa con grafito en forma de esferas.

    Fundiciones maleables:

    Hierro Maleable.- producto trmicamente tratado, con base de funcin blanca, el

    grafito est presente en mdulos.

    Fundidos de Acero:

    Acero al Carbono.- con contenido relativamente bajo del mismo.

    Aceros Aleados.- acero al carbono, con apreciable cantidad de elementos de

    aleacin.

    Fundiciones no Ferrosas:

    Bronces y latones.- aleaciones con base de cobre y elementos no ferrosos.

    Aluminio.- con base en aluminio y agregan otros componentes.

    Magnesio.- base de magnesio, componentes agregados.

    Las fundiciones pueden ser clasificadas en una de las dos categoras siguientes:

    o Fundiciones Miscelneas.- contratan producciones para quien lo solicite

    conforme a su capacidad de produccin.

    o Fundiciones Cautivas.- son usualmente de departamentos de grandes empresas

    manufactureras. Muchas de ellas producen tambin para terceros, cuando les

    sobra capacidad instalada.

  • 2

    Las fundiciones pueden tambin ser clasificadas desacuerdo a los procesos de moldeo que

    emplean en los siguientes tipos:

    o Fundicin en arena.- que utiliza a la arena como elemento fundamental para

    fabricar moldes, los que son de un solo uso.

    o Fundicin en Coquilla.- en la cual los moldes son de acero o fundicin gris y de

    usos mltiples hasta que se deterioran.

    o Fundiciones revestidas.- que utilizan como modelo un material evacuable el que

    puede ser de cera, plstico o mercurio solidificado, revestidos en algn material

    refractario. El moldeo se evacua por diferentes mtodos, especialmente mediante

    calor.

    o Fundicin en moldes cermicos.- utiliza una pasta para moldear, la cual se

    endurece una vez extrado el modelo.

    o Proceso de molde total.- usa modelo de espuma plstica de tipopoliestireno,

    colocado dentro de una caja de moldear, con sus sistemas de alimentacin del

    mismo material al cual se le rellena con cemento, arena. El metal lquido gasifica el

    modelo al momento de vaciarlo dentro del molde.

    o Fundicin a presin.- el metal es introducido a presin en moldes y matrices de

    acero o hierro fundido.

    o Fundicin Centrifuga.- utiliza la fuerza centrfuga del metal para incorporarlo al

    interior del molde.

    El movimiento de rotacin del molde puede ser alrededor de un eje horizontal o vertical.

    Los moldes pueden ser de un uso o de uso mltiple.

    Operaciones fundamentales de la fundicin

    Las operaciones fundamentales de la fundicin son:

    Fusin

    Moldeo

    Acabado

    A estas se les agrega la Inspeccin para completar el esquema de fundicin.

    Las fundiciones operan, la mayora de ellas, con departamentos de moldeo, machos, fusin,

    limpieza y control de calidad. En forma auxiliar o complementaria, funciona un taller de

    modelos y placas, el que puede contener una carpintera y maquinas herramientas para la

    terminacin y montaje de las placas-modelos.

    Jefe de fundicin.- En la obtencin de piezas fundidas intervienen casi siempre

    conjuntamente moldeador, fundidor y modelista, existiendo cierta independencia entre

    ellos. Por esta razn se hace imprescindible que el jefe de fundicin tenga los

    conocimientos ms amplios en estas tres profesiones, principalmente la del moldeador,

    que en la que se tiene intervencin directa. De la competencia del jefe depende el buen

    rendimiento que pueda obtenerse en un taller.

    Cuando se trata de colocar piezas de acero principalmente pueden resultar estas con

    defectos de costras, poros o venteaduras, y ser unas veces la culpa del moldeador y otras

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    del fundidor y en ocasiones de uno y otro, esto da lugar a que nadie quiera ser responsable

    y surjan discusiones. Tampoco debe olvidarse la influencia del proyectista, que interviene

    decisivamente, del calibrar las piezas en el xito o fracaso de muchas de ellas.

    Si una pieza no reabre bien, puede ser por varias razones: por tener poca entrada el

    molde; por colar despacio o bajo; porque el tubo de bajada tenga arena y no trague lo

    suficiente; porque la colada este fra, o por existir estrangulaciones importantes en el

    recorrido del lquido. Los poros pueden ser producidos por una mala desoxidacin;

    porque pasen escorias al colar; porque el molde hieva por estar mal preparado, sea por

    causa de los machos o por estar atacado duro, o haber sido mal sacado; por colar la

    entrada en el sitio indebido, o porque el material este bajo de temperatura o por rechupes

    debidos a diferencias de espesores y temperaturas. Si la colada no est excesivamente

    caliente, las piezas limpian mal, y en este caso se echara a una arena mal preparada.

    Por las anteriores observaciones puede verse que es fcil que entre los maestros de cada

    seccin surjan discusiones que en todo momento, el jefe de fundicin podr cortar, dando

    la razn a quien la tenga y subsanando el error en sucesivas coladas. Si el jefe de taller no

    posee los conocimientos suficientes de fundicin y no domina la profesin de moldeador,

    es fcil que pueda evitar estos contratiempos.

    El departamento de moldeo se ocupa de la confeccin de los moldes y utiliza uno

    cualquiera o una combinacin de los siguientes mtodos: arena (verde o seco) banco, al

    piso, a mquina, en cascara; el desmolde consiste en desarmar los moldes para extraer las

    piezas recin fundidas, este se realiza a mano o en mesa de vibradoras.

    La fabricacin de los machos, que son piezas de arena u otro material destinado a obtener

    los vacos interiores de las piezas, se fabrican por apisonado manual, o por sopladoras con

    airea presin. Los machos pueden ser de arena aglutina con aceite, arcillas especiales,

    resinas fenlicas o por el almacenaje.

    Moldeador.-la profesin del moldeador es muy compleja y lleva aparejados muchos

    sinsabores el ms insignificante descuido da lugar a una pieza mala. Difcilmente un

    moldeador con amor propio profesional habr dejado de tener disgustos serios. Ocurre

    con frecuencia que, cuando menos se espera sale defectuosa una pieza. Mechas veces,

    despus de preparado un molde para colar, tenemos el temor de que pueda producirse un

    defecto, y esto nos tiene intranquilos hasta que se efecta el desmoldeo, y a menudo

    recibimos la sorpresa de encontrarnos con una falla donde menos sospechamos. Un buen

    moldeador ha de estar muy atento al trabajo, para evitar piezas malas y cuando salga

    algn defecto debe estudiar bien sus causas para que no se repita en lo sucesivo.

    Es muy frecuente que los moldeadores, a la vista de un defecto se disculpen con tal o cual

    motivo, para descargarse de responsabilidad; pero quien as procede no podr hacer gran

    cosa en este oficio. En cambio, considerndose responsable analizara el defecto con todo

    detalle y cuando realmente encuentre su origen

    Analizara el defecto con todo detalle y cuando realmente encuentre su origen, suele

    ocurrir que se haga una pieza por primera vez y salga bien, y, al repetirla salga defectuosa.

    La mayor parte de los moldeadores a quienes les ocurre esto alegan que la pieza estaba

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    hecha como la anterior, y que no se explican cmo pudo salir mal. El argumento es

    inadmisible pues sino existiese diferencia habra salido como la primera.

    Modelista.- la profesin de modelista, que es dependiente de la fundicin, tiene un mrito

    destacado. Puede decirse que una de las ms difciles y que exige una buena prctica. No

    puede ser modelista sin conocer bien el dibujo, trazar a la perfeccin e interpretar con

    facilidad los planos. Es preciso tener conocimientos generales de mecnica, para poder

    resolver dudas que puedan presentarse en los planos. El modelista que no rena estas

    condiciones ocasionara interrupciones en el trabajo, al tener que consultar detalles que

    podra resolver por s mismo, de ser de poca importancia.

    Un buen modelista es un gran colaborador en la industria, pues pasan muchas cosas por su

    mano que no suelen estar muy claras, y les da solucin, con lo que evita paralizaciones y

    consultas que no mejoraran en nada la determinacin tomada por l. En ms de una

    ocasin pone sobre aviso a un proyectista acerca de tal o cual detalle, para aconsejar

    modificaciones de gran eficacia. Aparte de todo lo expuesto, necesita conocer bien el

    moldeo, para despiezar del modo ms conveniente y econmico los modelos. El modelista

    es siempre un buen colaborador del jefe de taller de fundicin y si ambos no van de

    acuerdo salen mutuamente perjudicados. Se da casos en que, despus de hacho un modelo,

    ha de ser reformado para adaptarlo a la forma de moldeo requerida por el herramental

    existente en el taller de fundicin.

    Se hace imprescindible pues antes de la construccin de un modelo se pongan de acuerdo

    moldeador y modelista. Una vez expuesto el punto de vista por el modelista, el moldeador

    indicara la forma de moldeo, por razones de herramental o de preparacin de muchas

    maneras, pero ha de hacerse siempre como aconseje las ms segura obtencin de una

    pieza perfecta.

    El departamento de fusin contiene uno o ms de los siguientes tipos de hornos: cubilotes,

    hornos de aire, Martn, hornos elctricos y de crisol. En ellos se utilizan para fusin gas,

    fueloil, coque, carbn pulverizado y energa elctrica.

    Fundidor.- por otra parte el arte de fundir tiene un mrito extraordinario, y es una

    especialidad en ocasiones independiente del moldeo, tal como la gran produccin de acero

    para laminados de aceros especiales y de aleaciones en general, como el ferrosilicio, el

    ferromanganeso, etc.

    El departamento de limpieza se encarga de limpiar las piezas fundidas con operaciones de

    corte, rebanado, esmerilado, suelda, limpieza con chorro de arena o granallas metlicas,

    tamboreado, decapado, etc., para que las piezas presenten un acabado en bruto lo mejor

    posible.

    El departamento de control tiene por misin rechazar toda pieza que no cumpla con las

    especificaciones de calidad pre-establecidas y aquellas que presentan defectos de

    superficie, de estructura, de dimensiones y otras fallas que hacen aconsejable el rechazo

    de las piezas con el fin de mantener la ms alta calidad de la fundicin.

  • 5

    Fusin

    Segn la naturaleza de los metales que se han de fundir y la importancia de las materias

    que han de alearse, se emplean aparatos especiales y varan loa procedimientos.

    Plomo y Estao: fcilmente fusibles, se funden en cucharas o recipientes de hierro o

    fundicin.

    Cobre y Aluminio: ms refractarios se tratan en un crisol de plombagina.

    La fusin de los metales y su mezcla en el crisol requieren cuidados sobre los que es

    necesario insistir.

    Debe cargarse el crisol y fundir primero el metal menos fusible de los que hayan de formar

    la mezcla o composicin.

    Calintese este metal despus de su fusin hasta que alcance una temperatura tal que

    pueda soportar sin solidificarse, la introduccin de los otros metales.

    Hay que cargar sucesivamente los componentes de la aleacin con un orden de su

    fusibilidad, es decir primero de fundir el metal ms refractario.

    Calintese a la llama del horno los metales que se deban introducir para facilitar la

    transicin.

    Esta precaucin es indispensable cuando se trata de un metal voltil como el Zinc, que al

    fundirse bruscamente el crisol puede romperse.

    Remover el crisol tras la fusin de cada componente.

    Cubrir el crisol y avivar el fuego, tanto ms activamente, cuanto ms difcil de fundir sea el

    metal.

    En las aleaciones en que entra el zinc, hay que recubrir el bao de una capa de carbn

    vegetal para impedir la volatilizacin del Zinc.

    En las aleaciones en que entra el estao es preciso evitar el polvo del carbn vegetal;

    emplese con preferencia arenilla o gres en polvo, porque el carbn de manera escorifica

    el estao.

    Los mejores desoxidantes son:

    Para fundir latn: 1kg de brax para cada 60kg de metal que hay que fundir.

    Para el bronce: 1kg de vidrio machacado para 60kg de metal.

    No se introduzcan jams estas materias en el crisol sin calentarlas previamente; de lo

    contrario el material en fusin borboteara pudiendo salpicar y producir accidentes

    graves.

    En el momento de verter el metal fundido en los moldes, mzclese y agtese el bao con

    una varilla de plombagina; evtese el uso del hierro, que tiene siempre a hacer secas y

    modificar las propiedades de las aleaciones.

  • 6

    Con ayuda de una espumadera se limpia la superficie del bao.

    Despus de cada colada se limpia el crisol cuidadosamente.

    En las aleaciones formadas de cobre, zinc estao y plomo ser conveniente fundir

    primeramente los metales ms fusibles y, una vez fundidos, aadir el cobre; de este modo

    se tiene la seguridad de tener una aleacin ms homognea.

    La fundicin de recortes de bronce o latn, resultantes de una primera fusin,

    proporcionan a la segunda, cuando las proporciones son adecuadas, una resistencia

    mayor, un grano ms fino y un metal ms sano y fcil de trabajar.

    Un metal fundido varias veces pierde, evidentemente, sus cualidades primitivas; pero

    pueden conservarse aquellas manteniendo la composicin entre los lmites convenientes,

    teniendo en cuenta las prdidas de la fusin precedente. Estas prdidas pueden evaluarse,

    aproximadamente, en 1% para el cobre rojo, 2% para el estao y el 4% para el zinc. Si se

    hace una aleacin con metales nuevos es siempre preferible hacer lingotes, y refundirlos

    sucesivamente para hacer la colada de los objetos moldeados.

    Metales y aleaciones conformados por fundicin:

    Las aleaciones que frecuentemente se conforman por fundicin son las del hierro, del

    cobre, del aluminio, del magnesio y las de antifriccin.

    Como se dijo en 1.1 del hierro emanan las aleaciones conocidas bajo los nombres de

    fundicin gris fundicin maleable fundicin de acero.

    Del cobre derivan los bronces y latones, del aluminio las aleaciones para piezas corrientes

    coladas con coquilla y a presin del magnesio las destinadas a ser coladas por inyeccin y

    del antimonio las destinadas a antifriccin.

    Es indudable que dentro de la gran gama de las aleaciones aqu descritas en forma

    gentica estn comprendidas tambin las aleaciones de estos mismos metales susceptibles

    a ser forjados, laminados, extruidos, estampados, etc. Este grupo de aleaciones sern

    tratados en los captulos correspondientes. En consecuencia, bajo este ttulo trataremos

    solamente las aleaciones tiles para piezas moldeadas.

    Entre las caractersticas exigibles y deseables en los metales destinados a la conformacin

    por fundicin anotaremos las siguientes:

    Baja temperatura de fusin, para economa de combustible, refractarios.

    Bajo calor latente de fusin, economa de combustible y energa.

    Baja tensin superficial para una reproduccin perfecta de las piezas.

    Bajo coeficiente de dilatacin en el intervalo de solidificacin reducido, esto

    disminuye la contraccin del metal.

    Bajo coeficientes de dilatacin al estado slido para evitar fallas por grietas.

    Alta capacidad del metal para fluir, para que llene la cavidad del molde.

    Alta densidad para que la presin hidrosttica del metal ayude a llenar toda la

    cavidad del molde.

  • 7

    Es necesario destacar que, en la mayora de los casos que se dan en la realidad, no todas

    estas caractersticas se alinean a las condiciones ms favorables, lo que significa que

    muchas de ellas aparecen contraponindose, alejando as a las aleaciones de las

    condiciones ideales para ser conformadas por fundicin. Sin embargo, la tecnologa

    entrega cada da recursos modernos para obviar los problemas que se presentan.

    Por va ejemplar diremos que el acero tiene un punto de fusin ms o menos elevado y su

    temperatura de colada debe ser lo suficientemente superior a la de fusin para que los

    moldes llenen satisfactoriamente. Para este caso la tecnologa ha creado los hornos

    elctricos de arco y de induccin y buenos refractarios creaciones que permiten salvar la

    situacin.

    Del aluminio se puede decir que le falta densidad para que de un buen llenado de los

    moldes. La tecnologa de la fundicin inyectada salva este inconveniente y permite un

    llenado integral.

    Despus de anotar estos dos ejemplos, conviene diagramar las aplicaciones de los

    procedimientos de fundicin con el objeto de destacar cueles se presentan ms apropiados

    para cada tipo de aleacin. Este diagrama solamente ilustra un criterio general y no se

    presenta como una panacea para resolver el problema de escoger un procedimiento dado

    al momento de proyectar y disear una produccin dada

    DIAGRAMA DE APLICACIONES DE LOS PROCEDIMIENTOS DE FUNDICION

    Aleaciones

    Procedimient

    o de moldeo

    Fundicione

    s de hierro

    Acero

    s

    Maleable

    s

    Cobr

    e

    Alumini

    o

    Maguisi

    o

    Varias

    (Fb,Sn,Zn

    )

    Arena verde X X X X X X X

    Arena seco X X X X X

    Arena

    cemento X X

    Barro X X

    Yeso X X X

    Cascara X X X X X X

    Cera perdida X X X X X

    Modelo

    desechable X X

    Coquilla X X X X X X

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    Centrifuga X X X

    Inyectada X X X

    Fundiciones:

    Se conoce como fundiciones a las aleaciones hierro-carbono con un contenido de este

    elemento superior al 2.00% (2.50% de uso prctico), adems de algunos otros elementos

    en proporciones discretas, entre ellos: el silicio, manganeso, azufre y fosforo. En las

    fundiciones especiales se observan, adems de los elementos sealados, el cromo, nquel

    molibdeno, cobre, etc.

    El carbono se presenta en las fundiciones en forma de carburo de hierro, y de carbono

    libre o grafito, en diversas proporciones, dependiendo de una u otra estructura del

    contenido del carbono total, y de las proporciones de silicio y de manganeso que contenga

    la aleacin.

    El silicio favorece la formacin de grafito y el manganeso la retarda.

    Tambin influye la velocidad de enfriamiento en las proporciones finales de carburo de

    hierro y de grafito. A mayor velocidad aparece una mayor cantidad de carburo de hierro.

    En cambio cuando el enfriamiento es ms lento se genera una mayor cantidad de grafito.

    Se llaman fundiciones grises aquellas en las que el carbono est en su mayor parte, al

    estado de grafito. Las fundiciones blancas presentan la totalidad del carbono del estado de

    carburo de hierro. Las atruchadas son aleaciones intermedias entre las grises y las blancas.

    En general, las fundiciones pueden ser clasificadas como se indica en el siguiente cuadro

    Tipos de fundiciones

    ordinarias

    Blancas

    Grises

    Ferrticas

    Ordinarias

    Perliticas

    Atruchadas

    aleadas

    especiales

    maleables

    Alma Blanca

    Alma Negra

    Perlitica

    grafito difuso

    Perlitica Laminar Perlitica Nodular Acicular Laminar

    Acicular Nodular

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    Meehanite

    En la estructura de las fundiciones influye tambin el material que se emplea en la

    preparacin de las cargas. En general, estas pueden ser hechas en las proporciones que se

    determinen, de arrabio o hierro de primera fusin, de chatarra de fundiciones

    (devoluciones del taller o piezas viejas) y de acero estructural.

    Se admite que el carbono del arrabio est en su totalidad al estado del grafito, que en la

    chatarra del 80% es carburo de hierro y el 20% est en forma de grafito y que en acero

    estructural la totalidad del carbono se presenta como carburo de hierro.

    En el cuadro siguiente se muestran las composiciones tpicas de los materiales de carga

    para preparar fundiciones:

    Composiciones tpicas de las materias primas para las fundiciones

    Material C.T. Si Mn S, max P, max

    Distribucin del carbono

    Fe3C Grafito

    Arrabio 3,5 - 4,5 1,5 - 2,2 0,5 - 0,8 0,1 0,1 0 100 Chatarra de fundicin 3,0 - 3,5 1,8 - 2,2 0,5 - 0,7 0,1 0,1 80 20

    acero estructural 0,1 - 0,15 0 0,6 - 0,8 0,04 0,05 100 0

    Debe sealarse que el arrabio existen variaciones ms o menos notorias en su

    composicin qumica. Como ejemplo, veamos la clasificacin espaola para los distintos

    grados comerciales:

    Composicin del arrabio espaol

    Tipo de arrabio C.T Si Mn S P

    Grises

    1 3,25 3,5

    2 3,25 2,4

    3 3,5 2,1 0,4 - 1,5 0,01 - 0,2 0,04 - 0,8

    4 3,5 1,8

    5 3,5 1,4

    Atruchados

    4 0,9

    Blancos 4 0,8

  • 10

    Influencia del silicio en la formacin del grafito:

    Las leyes que rigen la formacin de los constituyentes en las fundiciones grises, son algo

    diferentes de las que estudia en el diagrama hierro-carbono correspondiente a los aceros.

    Las diferencias que existen entre estas y aquellas que son debidas principalmente a la

    presencia de silicio en cantidades bastante elevadas, generalmente variables de 1 a 4%. El

    silicio se presenta normalmente en las funciones en forma de siliciuro de hierro disuelto

    en la ferrita o hierro alfa, no pudiendo observarse por lo tanto directamente su presencia

    por medio del examen microscpico.

    Fractura blanca

    Fractura gris

    Cuando se halla presente en pequeas cantidades, variables de 0.1 a 0.6%, no ejerce

    influencia importante. En cambio cuando el silicio se halla presente en porcentajes

    variables de 0.6 o 3.5%, ejerce indirectamente una accin muy destacada y contribuye a la

    formacin de grafito, que modifica completamente el carcter y las propiedades de las

    aleaciones hierro-carbono. En el siguiente ejemplo que se refiere a dos piezas de fundicin

    del mismo tamao se aprecia perfectamente su influencia. La composicin de la primera es

    la siguiente: C=3%; Si=050%; Mn=0.45%; P=0.05%; y S = 0.070%; la segunda tiene la

    composicin, excepto el contenido de silicio, que es de 2.5% en lugar de 0.5%. Esta

    diferencia en el porcentaje de silicio hace que las microestructuras y propiedades de las

    dos piezas sean completamente distintas. La primera es una fundicin blanca, muy dura,

    frgil, tiene la fractura blanca, encontrndose en ella todo el carbono en forma de

    cementita; la segunda es una fundicin gris relativamente blanda, tiene fractura griscea y

    un gran porcentaje del carbono en forma de grafito.

    En la figura se puede ver el diagrama de Maurer, que fe uno de los primeros que sealaron

    de una forma clara la relacin que hay entre los porcentajes de carbono y silicio y la clase

    de fundicin que se obtiene en cada caso. Este diagrama que es muy sencillo y claro ha

    sido perfeccionado y modificado por otros investigadores, siendo en la actualidad el de

    Norbury uno de los las ms aceptados. Estos diagramas se refieren a un determinado

    Si= 050%

    Si=2.50%

  • 11

    espesor y a una clase de molde y no se destaca en ellos la influencia de la velocidad de

    enfriamiento.

    %C %C

    Fundicin gris

    PerlticaPerltica

    En las fundiciones, adems del silicio y la velocidad de enfriamiento, tambin tienen gran

    influencia en la formacin del grafito los contenidos de carbono, azufre y manganeso. El

    carbono, como explicaremos ms adelante y como se desprende de las figuras, tiene una

    influencia tan importante como la del silicio. En efecto, muy pequeas variaciones de

    carbono, hacen que en determinadas circunstancias la fundicin pase de gris a blanca.

    Pero como en la fabricacin normal de fundiciones en cubilote, por estar en todos los

    casos la fundicin en contacto con el coque, esas variaciones de carbono son muy

    pequeas (suelen oscilar entre 3 y 3.5%) en la prctica normal a esa influencia debida a la

    accin del carbono se le suele dar mucha menos importancia que a la del silicio, aunque en

    realidad la tenga tambin muy importante. El carbono favorece la formacin de del grafito

    y cuanto mayor sea el porcentaje del carbono ms fcil es la formacin del grafito.

    La accin del azufre y del manganeso es, en general, contraria a la grafitizacin.

    Influencia de la velocidad de enfriamiento en la formacin del grafito.

    La velocidad de enfriamiento, que depende del espesor de las piezas y de la clase de molde

    empleado, es otro factor que tambin ejerce una influencia decisiva en la calidad y

    microestructura de las fundiciones. Los enfriamientos rpidos tienden a producir

    fundiciones blancas; los enfriamientos lentos favorecen la formacin del grafito y, por lo

    tanto, la formacin de fundiciones grises.

    Esta influencia es tan marcada que con una misma composicin al variarse la velocidad de

    enfriamiento se obtienen diferentes calidades con distintas durezas y microestructuras. La

  • 12

    velocidad de enfriamiento que suela variar principalmente con el espesor de las piezas,

    tambin se modifica con la naturaleza de los moldes.

    Los pequeos espesores se enfran mucho ms rpidamente que los grandes. Un molde

    metlico, enfra ms rpidamente que un molde de arena. En los moldes metlicos el

    enfriamiento de la fundicin ser ms o menos rpido segn sea el espesor del molde. En

    algunos casos, para alcanzar las mayores velocidades de enfriamiento, los moldes

    metlicos son refrigerados con agua. Un ejemplo de la influencia que la velocidad de

    enfriamiento ejerce en el micro estructura de las fundiciones, se puede observar en los

    resultados obtenidos con una pieza en la que hay zonas de muy diferente espesor. Sus

    escalones son de 3, 6, 12 y 24 mm. La composicin es la siguiente: C=3.25% y Si=1.75%.

    Utilizando molde de arena, se obtuvo en los escalones 3 y 6 mm de espesor fundicin

    blanca con dureza de 365 Brinell, y en los escalones 12 y 24 mm de espesor se obtuvo

    fundicin gris con durezas de 12mm hay una zona intermedia de transicin de fundicin

    atruchada con 240 a 350 Brinell de dureza.

    MANGANESO

    Una accin contraria en la del silicio es ejercida por el manganeso. Este elemento favorece

    la formacin del bono, sea con el azufre. Dada su gran facilidad para formar sulfuros su

    accin puede ser considerada en un primer aspecto benfica, porque obstaculiza la accin

    inhibidora a la grafitizacin ejercida por el azufre, mientras en un segundo tiempo,

    formando a su vez carburos, endurece la matriz misma de la fundicin y disminuye el

    contenido del carbono libre.

    Tericamente para formar el sulfuro de manganeso son necesarias 1.73 partes en peso de

    manganeso por uno de azufre; en la prctica, es necesaria una cantidad de manganeso

    mayor, alrededor de 3 veces el contenido de azufre.

    A menos que no se quiera obtener fundiciones con dureza particular, el contenido de

    manganeso vara entre 0.4 al 1%.

    FOSFORO

    El fosforo queda en la fundicin del tratamiento del horno alto, en forma de fosfuros de

    hierro. Esto confiere a una fundicin liquida una particular fluidez porque disminuye el

    punto de solidificacin, pero al mismo tiempo, aumenta la fragilidad y la dureza. Dada la

    tendencia actual de obtener fundiciones con excelentes cualidades mecnicas, el contenido

    de fosforo debe permanecer entre bajos lmites y precisamente no superar el 0.28%.

    Mientras hace algunos aos, las fundiciones fosforosas o semifosforosas eran las

    mayormente utilizadas en los talleres, hoy su empleo est limitado a las piezas

    particularmente delicadas o en las cuales no se requieren elevadas caractersticas

    mecnicas.

    AZUFRE.- El azufre existe en las fundiciones en dos formas:

    Como sulfuro de Hierro o como sulfuro de manganeso. Esto es siempre perjudicial, porque

    obstaculiza la grafitizacin, hace la fundicin dura y frgil y provoca graves defectos en las

    piezas por rechupes, sopladuras, roturas, etc.

  • 13

    Como hemos dicho, su accin es en parte contrarrestada por la presencia del manganeso,

    ms en todo caso su contenido debe ser el mnimo posible.

    OXIGENO.- El oxgeno es un antigrafinizante energtico que se encuentra presente en

    menor o mayor cantidad en todas las fundiciones. Se presenta principalmente en forma de

    inclusiones no metlicas, muchas de ellas submicroscopicas, el xido de hierro, de

    manganeso, de aluminio y de silicio.

    El porcentaje de oxigeno que contiene las fundiciones suelen variar de 0,002 a 0,020%.

    Con altos porcentajes de oxigeno la colabilidad del metal disminuye mucho, se producen

    rechupes importantes y la estructura puede sufrir sensibles modificaciones.

    HIDROGENO.- El hidrogeno se presenta tambin casi siempre como impureza gaseosa en

    las fundiciones y da lugar a porosidades en las piezas cuando el porcentaje es importante.

    El hidrogeno suele provenir de la humedad de los moldes, del vapor de agua contenido en

    el aire soplado, de la humedad del coque.

    La solubilidad del hidrogeno en la fundicin aumenta con el porcentaje del silicio. Por ello

    las fundiciones altas en silicio suelen ser ms porosas que las de bajo contenido de silicio.

    MIRO-CONSTITUYENTES DEL HIERRO FUNDIDO

    Pueden distinguirse diferentes micro-constituyentes de hierro fundido. Analicemos a

    continuacin las caractersticas y propiedades de los micro-constituyentes que

    generalmente estn presentes en el hierro fundido.

    GRAFITO.- La proporcin del grafito en la pieza depende del procedimiento adoptado

    para la colada., de la velocidad de enfriamiento y, por supuesto, de la composicin qumica

    del metal, factores que introducen las variaciones en las propiedades mecnicas de la

    pieza obtenida. Como veremos ms adelante las laminillas de grafito, interpuestas en el

    hierro, disminuyen las propiedades mecnicas de la pieza fundida. Por otra parte, el valor

    de la resistencia de la pieza depende del tamao y de la distribucin de las laminillas de

    grafito; cuanto ms pequeo sea el tamao y cuanto ms uniforme sea la distribucin,

    tanto mayor ser la resistencia de la pieza fundida.

    FERRITA.- Ferrita es un hierro puro; la estructura se presenta bajo el microscopio en

    forma de granos cristalinos irregulares, los cuales estn separados entre s por lneas

    delegadas. Se trata de un constituyente blando (Dureza Brinell alrededor de 90) dctil y

    magntico.

    CEMENTITA.- Cementita es un carburo de hierro ( ); Este componente es duro

    (Dureza Brinell alrededor de 550) y quebradizo; aparece en la perlita en forma de bandas

    delegadas de color blanco.

    Adems del hierro, el manganeso y el cromo se combinan con el carbono formando

    cementita.

    PERLITA.- La matriz de la mayora de los hierros est compuesta en parte por perlita. Esta

    se forma en la temperatura eutectoide y consiste en ferrita y un cierto porcentaje de

    cementita. Tiene una dureza Brinell de, aproximadamente 200.

  • 14

    AUSTENITA.- Es una solucin solida de hierro y de cementita; el porcentaje (en peso) del

    carbono varia en este compuesto de 1 a 1,7; es una material no magntico.

    ESTEADITA.- En una pieza de hierro fundido que se encuentra a menudo una estructura

    compuesta de fosforo de hierro ( y hierro, llamada esteadita. Este tipo de aleacin

    formada por pequeas lminas de grafito distribuidas uniformemente en una matriz de

    perlita, es caracterstica de una de las mejores clases de fundicin gris.

    FUNDICIONES ORDINARIAS

    Atendiendo a la estructura del material las fundiciones ordinarias se clasifican en blancas,

    grises y atruchadas, segn que el carbono se presente respectivamente, el estado de

    carburo de hierro, grafito o en ambas formas simultneamente.

    Fundicin Blanca.- Cuando en una fundicin el contenido de silicio est ms abajo del

    1.50% se produce la fundicin blanca, la que puede obtenerse por dos vas: Por

    enfriamiento violento de la pieza o por una calibrada relacin silicio-carbono.

    A causa de la rpida prdida de calor en las piezas de escaso espesor o de poca seccin

    existe la tendencia a que la fundicin se torne blanca. Otro factor para el mismo efecto es

    la conductividad calrica del material del que est constituido el molde. Un molde metlico

    acelera el enfriamiento si se lo compara con un molde hecho de arena.

    Si se coloca un inserto metlico en una seccin del molde, all la pieza presenta un grano

    ms fino y con estructura blanca, de manera que pueda darse el caso de una pieza de

    fundicin gris con una seccin de estructura blanca.

    Esta es llamada fundicin achillada y se emplea cuando se desea que una parte de la pieza

    sea, por ejemplo, resistente al desgaste. El espesor endurecido depender del contenido de

    carbono, silicio, manganeso, fosforo y azufre de la fundicin y tambin del espesor del

    enfriador (Chiller)

    La otra forma de obtener fundicin blanca consiste en codificar el silicio en la carga.

    Para la fundicin de carbono 3,5% bastara un contenido de 1,50% de silicio para que la

    estructura resulte blanca.

    La fundicin blanca tiene pocas aplicaciones directas en la industria y se utiliza ms bien

    como base de la fundicin maleable. Cuando se desea un material duro para ser utilizado

    directamente se recurre ms bien a las aleaciones resistentes a la friccin.

    Fundiciones grises.- En las fundiciones grises todo el carbono debera tericamente

    presentarse en forma libre o grfica y por lo tanto, el hierro debera estar en forma de

    ferrita.

    En la prctica no existe ni se desean fundiciones grises con todo el carbono libre, porque

    seran muy blandas y su resistencia sera muy baja. Por el contario se desea que por lo

    menos, el 80% de carbono total este formado cementita, quedando un mximo del 20% en

    forma de carbono libre o grafito.

  • 15

    Para lograr una buena reparticin entre cementita y carbono libre se emplea, en muchos

    casos, acero estructural en la preparacin de las cargas destinadas a la produccin de

    fundicin gris.

    En sntesis una fundicin gris se caracteriza por su composicin qumica y por el estado en

    que se encuentra el carbono.

    Carbono total 3,50%

    Cementita 80% (2,80%) Carbono Equivalente 4,17% Silicio 2,00% Manganeso 0,60% Azufre 0,05%

    Grafito 20% (0,70%) Fosforo 0,05%

    Resistencia

    Dureza Brinell 160 - 180

    En el cuadro siguiente se presenta una variedad de calidades segn el uso que se destinan

    las fundiciones grises.

    CARBONO EQUIVALENTE

    El carbono equivalente da una idea de la resistencia y

    estructura de una fundicin.

    COMPOSICION DE ALGUNAS FUNDICIONES GRISES

    TIPOS DE PIEZAS C.T. Si Mn S Max.

    P Max.

    Maquinaria delgada 3,25 2,25 0,50 0,10 0,10 Maquinaria mediana 3,25 1,75 0,50 0,10 0,10 Maquinaria gruesa 3,25 1,25 0,50 0,10 0,10 Camisas de cilindros 3,25 2,25 0,65 0,05 0,05 Pistones de motores de explosin 3,25 2,25 0,65 0,05 0,05 Zapatas de frenaje 3,10 1,70 0,50 0,15 0,10 Lingoteras 3,50 1,00 0,90 0,10 0,10

    FUNDICIONES ALEADAS

  • 16

    Son fundiciones aleadas aquellas que, adems de los elementos carbono, silicio y

    manganeso, contienen variadas proporciones de otros elementos, tales como el nquel, el

    cromo, el molibdeno, etc.

    Los elementos de la aleacin tienen sobre las fundiciones los siguientes efectos:

    Nquel.- Afina la estructura y previene la segregacin. El nquel es soluble en el

    hierro al estado lquido y al slido y en el tratamiento trmico baja la temperatura

    de transformacin y retarda el crecimiento de los cristales a ms altas

    temperaturas. Adems, confiere a la fundicin una mejor maquinabilidad, mejora

    la resistencia mecnica y a la corrosin. Tambin el nquel, como grafitizante

    impide que las fundiciones de bajo carbono tiendan a dar estructura blanca,

    evitando, por consecuencia, el endurecimiento de las secciones o piezas muy

    delgadas.

    El nquel se emplea en proporciones que van desde 0,25% hasta el 5%. Ms arriba de esta

    ltima cifra la fundicin queda extremadamente dura.

    Cromo.- El cromo es esencialmente til cuando se desea obtener fundiciones

    resistentes a la corrosin y al calor. Su influencia permite prevenir las

    segregaciones regulariza la estructura y la dureza aun en piezas de secciones

    variadas, mejora la resistencia mecnica por que produce el tamao de las lminas

    de grafito y retarda el desarrollo de la estructura perlitica.

    Se emplea combinado con el nquel en una proporcin entre el 25 y el 50% de contenido

    del nquel. Un elevado contenido de cromo da una resistencia a la abrasin poco comn.

    Molibdeno.- Evita el crecimiento de los cristales y ayuda a obtener una estructura

    perlitica de grano muy fino. Mejora la resistencia a la percusin alcanzndose alta

    tenacidad con buena maquinabilidad.

    ALGUNAS FUNDICIONES ALEADAS

    USOS C.T. Si Mn Cr Cu Mo Ni A. DE ALTA RESISTENCIA MECANICA

    Camisas para automviles

    3,25 3,25 3,20 3,25

    2,20 2,00 2,15 2,20

    0,75 0,70 0,70 0,60

    0,35 0,50 0,50

    0,60 1,00

    0,50 1,00

    0,75 0,50 0,20

    Tambores de freno 3,20 3,25 3,20

    1,90 2,00 2,00

    0,70 0,60 0,60

    0,50 1,00 1,00

    0,50

    1,50

    Troquelado para estampacin.

    3,00 3,25

    2,20 1,50

    0,75 0,50

    0,35 2,20

    0,60 2,00 1,75

    Bancadas de tornos

    3,30 3,00 2,90

    1,60 1,00 1,90

    0,60 0,75 0,90

    0,25 0,25

    0,20 1,00 1,35 1,50

    Cilindros de laminacin en caliente

    3,00 3,00 3,10 3,50 3,40

    0,60 0,55 0,60 0,90 0,60

    0,25 0,20 0,20 1,30 0,25

    0,25 0,40 2,00 1,30

    0,35 0,25 0,40 0,40

    0,25 3,50 4,50 4,50

  • 17

    B. RESISTENTES AL DESGASTE CR-NI alta en C (blanca) CR-NI baja en C (blanca) Mn (blanca) Martensitica (gris) CR alto MO alto

    3,25 2,75 2,00 3,10 2,60 2,70

    0,50 0,50 2,90 1,75 1,50 1,50

    0,50 0,50 3,00 0,90 0,60 0,80

    2,00 2,00 0,25 0,80 20,00 3,00

    1,50 0,50

    1,50 6,00

    4,50 4,50 4,10 2,00 2,00

    C. RESISTENTES AL CALOR

    CR de baja aleacin

    3,50 3,40 3,10 3,00

    2,25 2,00 2,10 2,00

    0,60 0,60 0,60 0,60

    1,25 0,60 1,00 0,75

    1,50

    D. PARA USO GENERAL CR- NI (gris) 3,20 2,20 0,70 0,50 1,50

    FUNDICIONES ESPECIALES

    Son fundiciones especiales las que se obtiene por tratamientos especiales de las

    fundiciones ordinarias. Bajo este ttulo se agrupan las fundiciones:

    Maleables

    Perliticas Laminares

    Perliticas Nodulares

    Aciculares

    Acicular Nodular

    Meehanite

    Fundicin Maleable.- La fundicin maleable resulta de una trasformacin de la fundicin

    blanca mediante un tratamiento trmico, unas ves que las piezas ya estn colocadas y

    limpias, obtenindose un producto que posee cualidades aproximadas a las del hierro

    forjado.

    Las fundiciones blancas en las cuales se obtiene las fundiciones maleables contienen

    menores proporciones de carbono y silicio que las fundiciones grises y el carbono se

    presenta en la forma combinada. Los carburos en la fundicin blanca son totalmente

    inestables y al estado slido pueden ser lentamente grafitizables por medio de un

    tratamiento trmico adecuado.

    Existen tres tipos de fundicin maleable: la del alma blanca o europea, la del alma negra o

    americana y la maleable perlitica.

    La fundicin maleable de alma blanca (europea).- Se obtiene por descarburacin de la

    fundicin blanca en un ambiente oxidante y a temperaturas que fluctan re 800 y 1000C

  • 18

    El proceso se efecta introduciendo las piezas en retortas o cajas de fundicin y

    recubrindolas de algn material que contenga oxigeno el que puede ser de batiduras de

    foja, hematitas u otro mineral de hierro en partculas pequeas. Por la accin del calor el

    oxgeno del mineral absorbe carbono de la pieza extrayndola de ella en forma de

    monxido de carbono.

    Para compensar la baja de carbono en la periferia de la pieza viene, desde el interior de

    una migracin molecular, nueva dosis de carbono, la que es a su vez extrada desde el

    exterior del oxgeno, rebajando de esta forma, el , transformando la estructura del

    metal hasta hacerlo maleable.

    La composicin qumica tpica para la fundicin maleable europea es:

    Carbono..2,50 a 3,00

    Silicio.0,50 a 1,25

    Manganeso..0,50 a 0,60%

    Fosforo.0,10 Max

    Azufre..0,20 Max

    El recocido de maleabilizacin sigue aproximadamente el siguiente grfico.

  • 19

    El aumento de la temperatura debe tener una gradiente uniforme y demorara un da en

    alcanzar la temperatura de 975C. Durante tres das la temperatura se mantiene constante

    y se deja enfriar durante dos das hasta que baje a los 600C. Por debajo de esta

    temperatura ya no se producen transformaciones y el horno puede ser abierto para retirar

    las piezas.

    La composicin qumica despus del recocido es distinta de la que presentaban las piezas

    antes del tratamiento trmico. En efecto el contenido de carbono disminuye en forma

    notable por la migracin del hacia la atmosfera por efecto del oxgeno presente en el

    material con que se recubren las piezas.

    La Fundicin Maleable de Alma Negra (Americana).- El tratado provoca la

    transformacin del carbono., de carburo de hierro a carbono de recocido, a temperaturas

    que fluctan entre 800 y 900C

    El procedimiento consiste en colocar las piezas de retortas similares a las del caso anterior

    recubriendo las cajas con un material neutro como arena y dando como cerradura

    hermtica, que puede ser una capa de barro, la que endurece con el calor durante el

    calentamiento.

    La composicin tpica para obtener fundicin maleable de alma negra es:

    Carbono..2,50 a 2,75

    Silicio.1,30 a 1,35

    Manganeso..0,50 a 0,60

    Fosforo.0,10 Max

    Azufre..0,20 Max

    En este caso, con el tratamiento trmico el carbono de la cementita se re precipita en

    forma de mdulos de grafito, quedando al final de la misma composicin qumica original

    de las piezas.

    El grafico siguiente muestra las variaciones de temperatura en funcin del tiempo durante

    el tratamiento trmico de la fundicin de lama negra.

  • 20

    La temperatura de recocido se alcanza en un da con gradiente uniforme, dejndola

    constante a 875C durante dos das y bajndola uniformemente los cuatro siguientes das

    hasta que baje a los 600C

    El cuadro siguiente muestra las propiedades mecnicas de las fundiciones maleables, de

    alma blanca y negra.

    PROPIEDADES MECANICAS DE LAS FUNDICIONES MALEABLES

    TIPO DENOMINACION RES. TRAC. Kg/mm2

    LIM. ELAS. Kg/mm2

    ALARG. %

    Fm 32 a Maleable blanca 32 18 2 Fm 32 b Maleable negra 32 18 2 Fm 38 Blanca de alta calidad 38 21 4 Fm 35 Negra especial 35 19 9 Fm 35 Negra de alta calidad 37 25

    DUREZA BRINELL DE LAS FUNDICIONES MALEABLES

    TIPO DUREZA BRINELL

    Maleable de alma blanca 125 (En la superficie) 190 (En el Ncleo)

    Maleable de Alma Negra 110 a 140 115(Media Normal)

    Como se puede observar en los cuadros precedentes, las caractersticas mecnicas de

    ambos tipos de fundicin maleable son sensiblemente iguales.

    Fundicin Maleable Perlitica.- Es una variante de la maleable de alma negra, que se

    fabrica igual que esta, con la diferencia de que el enfriamiento es mucho ms rpido.

    La composicin qumica de la fundicin maleable perlitica es similar a la composicin de la

    fundicin de alma negra, salvo que el manganeso debera ser aumentado hasta 0,7 0,8%.

    Adems si se aumenta el manganeso sobre el 0,8% se pueden obtener tambin estructuras

  • 21

    maleables perliticas con enfriamiento lento, debido a que el manganeso favorece la

    formacin de la perlita.

    En el grafico siguiente se muestra la variacin de la temperatura en funcin del tiempo

    para el tratamiento trmico de la fundicin maleable perlitica.

    Se observa que el tiempo total de permanencia en el horno de las piezas es solo de 72

    horas.

    Otro aspecto importante del tratamiento es la fluctuacin de la temperatura, empezando

    por levantarla hasta los 950C, liego bajarla a 750C para finalmente subirla a 850C

    mantenindola en este valor durante 14 horas. (850-875)

    La composicin qumica de la aleacin despus del tratamiento es la misma que la original,

    ya que el tratamiento se efecta en ausencia de xidos que disminuyen la proporcin del

    carbono.

    Fundicin Perlitica Laminar.- Es una fundicin en la cual est controlada la proporcin.

    Adems, el grafito esta diseminado en toda la matriz metlica en forma de finas laminas

    que interrumpen la estructura de cementita, dando por resultado una ms alta resistencia

    y la traccin con buena maquinabilidad.

    Grosso modo, el carbono libre alcanza a un mximo de 10% del carbono total, estando el

    resto en forma de carburo de hierro. Una reparticin tpica del carburo es la siguiente.

    C.T. .. 3,20

    . 92 .2,944

    Grafito ...... 3 ..0,256

  • 22

    Los factores necesarios para que se produzca la fundicin perlitica son:

    Bajo Carbono2,80 a 3,20

    Bajo silicio..........1,20 a 2 dependiendo del espesor de las piezas

    Cargas con un porcentaje de acero estructural

    Presencia de un dispersante

    Bajo azufre

    Bajo Azufre

    DISPERSANTES.- Los dispersantes son un grupo de elementos metlicos cuya accin en la

    fundicin consiste en quebrar la matriz cementitica y dispersar el grafito en pequeas

    partculas. En algunas ocasiones se les llama incorrectamente grafitizantes ya que su

    accin impide el endurecimiento de las aleaciones o evita que aparezcan con estructura

    blanca.

    En el orden de la capacidad energtica de los dispersantes o de su ms fuerte accin sobre

    las aleaciones, se les puede clasificar as:

    SILICIO.- Utilizada en forma de ferro-silicio (75% Si) molido a menos de 1/8 de pulgada

    produce ligero aumento de la resistencia mecnica en las aleaciones en las cuales se les

    incorpora en la cuchara.

    ALUMINIO.- Se puede utilizar en finas granallas o aleados con ferro-silicio. (50-50 Al-Fe

    silicio). Esta se obtiene fundiendo al aluminio y agregando el ferro-silicio en partculas

    pequeas o molidas.

    ZIRCONIO.- Se obtiene comercialmente como SMZ (silicio-manganeso-zirconio) con un

    contenido de 30% de zirconio y algo de carbono (1%) en ferroaleacin granulada a 1/8 de

    pulgada ms o menos.

    CALCIO.- Se conoce comercialmente como calcio-silicio o siliciuro de calcio con 30 a 36%

    de calcio, en forma de grnulos de 1/8 de pulgada.

    MAGNESIO.- Conocido es el magnesio-silicio y el calcio-magnesio-silicio con 30% - 15% de

    Ca, Mg y Si respectivamente, granulado intermetalico de 1/8 de pulgada o menor.

    BARIO.- Es otro dispersante presentado como barium-silicio cuya accin es de gran

    energa.

    Todos estos dispersantes se utilizan adicionndolos al metal lquido en las cucharas, de

    presencia mientras estas se estn llenando y de manera gradual. Las proporciones varan

    de 1.200 gramos hasta 3.500 gramos por tonelada de aleacin, dependiendo de la

    proporcin de acero estructural en la carga y del espesor de las piezas a colar. Segn

    porcentaje de acero en las cargas, he aqu las proporciones de calcio-silicio que se emplean

    como dispersantes en la inoculacin.

    PROPORCION DE CALCIO-SILICIO SEGN CARGA

    N TIPO D EPIEZA ACERO EN CARGA %

    CALCIO SILICIO Kg/ton

    RESIST. RUPTURA Kg/mm2

    DUREZA BRINELL

  • 23

    1 Maquinaria en general 10-20 1,2-1,8 30 180-200

    2 Resistencia a la friccin (corriente)

    25-35 1,4-2,0 38 180-220

    3 Templables y alta resistencia. 40-60 1,6-2,4 40 180-400 4 Resistencia a la friccin (alta) Hasta 90 2,4-3,5 40 400-600

    El uso de las cargas anotadas es:

    Aleacin 1.- Maquinaria en general y piezas comunes.

    Aleacin 2.- Camisas de motores, anillos de expansin y toda pieza solicitada a la friccin

    corriente.

    Aleacin 3.-Maquinaria de minera, engranajes, etc. La marca superior de dureza es para

    piezas templadas a 850 880C enfriadas al aceite.

    Aleacin 4.- Piezas para arrastrar materiales metlicos, minerales, piedras, etc. Son

    aleaciones frgiles que no pueden ser sometidas a golpes. Para regularizar la estructura

    llevan hasta 1,50% de cromo y otras veces hasta 3,50% de cobre.

    Para todas estas fundiciones se recomienda escaso contenido de azufre y, de ser posible,

    debera ser eliminado con carbono de sodio (Na2CO3), conocido como ceniza de soda.

    Las aleaciones 4 son generalmente de estructura blanca.

    FUNDICION PERLSITA NODULAR.- Conocida simplemente por fundicin nodular, de

    grafito esferoidal o fundicin dctil, es al igual que la anterior una aleacin en la cual se

    controla el porcentaje de grafito y, a diferencia de ndulos o esferas, rodeados de ojuelos

    de ferrita.

    Estas exigen tambin bajo carbono, bajo silicio,

    acero estructural en la carga bajo contenido de

    azufre y un dispersante que en este caso es el

    calcio-magnesio-silicio.

    El dispersante se puede agregar en la cuchara como

    en las perlticas laminares, o en el molde por el

    mtodo del IN-MOLD.

    Estas fundiciones presentan elevada resistencia a la

    ruptura, gran tenacidad y buena maquinabilidad,

    excepto aquellas destinadas a soportar altas

    fricciones.

    Fig. 13

  • 24

    El cuadro que sigue indica algunas caractersticas de estas aleaciones:

    Aleaciones Perlticas Nodulares

    No. Usos Acero en cargas

    Ca-Mg-Si Kg/Ton

    C.T. Si Mn R Kg/mm2

    Dureza Brinell

    1 Maquinaria en general

    10-20 1, 2-1, 8 3, 30 2, 20 0,80 36 180-200

    2 Friccin corriente

    25-35 1, 4-2, 0 3, 20 2, 00 0,80 40 180-200

    3 Templable 40-60 1, 6-2, 4 1, 80 1, 80 0,80 45 180-400

    4 Alta Friccin Has.90 2, 4-3, 5 1, 40 1, 40 0,80 40 400-600

    Los usos son similares a los de la fundicin perltica laminar.

    FUNDICION ACICULAR.- En la estructura acicular, la perltica es totalmente remplazada

    por un producto de transformacin austentica, intermedio entre la perlita y la martensita,

    introduccin por la accin del molibdeno y del nquel que retarda la transformacin

    permitiendo que el material enfre hasta alcanzar el campo de la perlita sin que se

    produzca transformacin. Esto es como si dijramos una accin comparable con un temple

    que se produce en el enfriamiento natural de las piezas.

    La transformacin a una temperatura bien baja, como resultado del uso excesivo del

    molibdeno o del nquel, termina en la formacin de martensita, exactamente como sucede

    por enfriamiento muy rpido durante el temple. En cambio el enfriamiento lento favorece

    la formacin de la perlita.

    De aqu se sigue que el periodo de enfriamiento debe ser regulado de acuerdo a las

    secciones de las piezas, de suerte que el contenido del molibdeno y del nquel permita

    mantener la estructura acicular sin provocar la formacin de perlita o martensita,

    quedando ms bien la estructura en el campo de la austenita.

    En la practica el control para evitar la formacin de perlita o de martensita no es difcil de

    realizar porque, a excepcin de las piezas muy delgadas hay un lmite razonable de

    secciones entre el cual una aleacin dada quedar con una estructura acicular libre de

    perlita y martensita.

    Las proporciones de molibdeno y de nquel dependen de las secciones de las piezas y se

    pueden proceder de dos formas: manteniendo constante las proporciones de molibdeno y

    variando el nquel o variante alternativamente las proporciones de ambos elementos,

    como sigue:

  • 25

    Molibdeno constante, variando nquel

    Secciones en pulgadas

    3/4 1-1 1/2 1 1/2-2 2-2 1/2 2 1/2 -3

    Molibdeno 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 Nquel 0,8 1,2 1,6 2,0 2,5

    Variando molibdeno y nquel

    Secciones en pulgadas

    3/4 1-1 1/2 1 1/2-2 2-2 1/2

    2 1/2 -3

    3-4

    Molibdeno 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,75 Nquel 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,75

    La influencia de los dems elementos en las aleaciones aciculares es como sigue:

    CARBONO: Carbono bajo aumenta la resistencia, pero crea dificultades por alta

    contraccin y poco fluidez. Su proporcin esta entre 2,80 y 3,20%, el ms bajo para

    secciones pesadas y el ms alto para pesadas.

    SILICIO: no altera la resistencia, la dureza ni la posibilidad de obtener la estructura

    circular. Su proporcin esta entre 1.5 y 2%

    MANGANESO: en exceso provoca la aparicin de martensita y el lmite inferior debe ser

    suficiente para evitar la formacin de perlita. Conviene fijarlo en 1%.

    FOSFORO: Interviene en la formacin de la estructura acicular por la interaccin de

    molibdeno. No debera de exceder de 2%.

    AZUFRE: debe ser mantenido lo ms bajo posible pues combina con el molibdeno, al igual

    que con el manganeso provocando inclusiones duras.

    Segn espesores de pieza, la composicin qumica de estas fundiciones deben ser las

    siguientes:

    Composiciones qumicas de las fundiciones aciculares

    Espesores pulg.

    Menores 3/4 - 1 1 1 1/2 1 1/2 - 2

    2 2 1/2

    2 1/2 - 3

    3 4

    Carbono 3,2 3,13 3,06 2,99 2,93 2,86 2,80 Silicio 2,0 1,92 1,84 1,75 1,67 1,58 1,50 Manganeso 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Fosforo Max. 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Azufre Max. 0,04 0,04 0,04 0,04 0,4 0,04 0,04 Ni y Mo Como se vio en A y B.

    Las fundiciones aciculares dan resistencia de 45 Kg/mm2 y durezas de 200 a 280 Brinell.

    FUNDICION ACICULAR NODULAR.- Es una funcin acicular que presenta su grafito en

    ndulos debido a la accin del magnesio o del cerio, los dispersantes se utilizan en

    aleaciones intermetlicas granuladas con silicio o calcio-silicio.

  • 26

    La precaucin fundamental consiste en evitar el azufre en la fundicin por que la fuerza

    accin de sulfuzante de cerio o del magnesio eliminara la accin dispersante de estos

    elementos ya que primero combinaran con el azufre. Por lo tanto debe procederse a

    eliminar o a rebajar el contenido del azufre a cifras interiores al 0.02%.

    La composicin qumica es igual al a de las fundiciones aciculares. Los dispersantes se

    usan en la proporcin de las fundiciones nodulares.

    Las cifras mecnicas para la resistencia alcanzan a los 75 Kg/mm2 y la dureza Brinell hasta

    300.

    FUNDICIONES CON GRAFITO ESFEROIDAL.- En el ao de 1948, Morrogh y Williams

    dieron a conocer sus trabajos sobre la obtencin de fundicin de grafito esferoidal que

    fabrica van directamente en bruto de fusin sin necesidades de tratamiento trmico

    posterior. La principal caracterstica del proceso consista en aadir ciertas cantidades de

    cerio a la fundicin cuando se encontraba en estado lquido. Si despus del cerio se aade,

    adems, al bao de fundicin una aleacin grafitizante como el ferro-silicio o el silicio-

    calcio, la proporcin de carbono que aparece en forma esferoidal aumenta y se llega

    incluso a evitar totalmente la aparicin del grafito laminar. De esta forme se obtienen

    resistencias de 50 a 55 Kg/mm2 en barras de 30 mm de dimetro.

    Las investigaciones de Gaguerin, Millis y Pilliny en 1949, condujeron a la fabricacin de

    fundicin con grafito esferoidal por medio de una adicin de magnesio, siendo este

    proceso patentado por la Internacional Nickel Company en Estados Unidos y por la

    Mond Nickel Company en Europa. En esas patentes se seala que debe quedar por lo

    menos 0.04% de magnesio en la fundicin para conseguir que todo el grafito sea esferoidal

    y para obtener a la vez la mejor combinacin de caractersticas mecnicas, llegndose a

    alcanzar directamente en bruto de colada unos 70 Kg/mm2 de resistencia a la traccin de

    3% de alargamiento.

    Esas caractersticas se pueden mejorar por tratamientos trmicos. El alargamiento

    aumenta por recocido y la resistencia y la combinacin de caractersticas (resistencia,

    lmite de elasticidad y alargamiento) mejoran por el temple y revenido.

    El proceso de fabricacin preconizado por Morrogh y Williams se ha ido abandonando casi

    por completo, porque exiga ciertas condiciones de composicin qumica muy precisas,

    que eran difciles de cumplir. Para obtener con adicin de cerio buenos resultados es

    necesario:

    1) Que la fundicin solidifique gris sin adicionarle cerio.

    2) Deben emplearse fundiciones hipereutcticas.

    3) Conviene utilizar contenidos en silicio superiores a 2.37%.

    4) El porcentaje de azufre debe ser muy bajo y despus del tratamiento debe

    quedar inferior a 0.02%.

    5) El contenido del fsforo no debe exceder de 0.6% siendo preferible que

    permanezca inferior a 0.1%.

    Como la fabricacin de la fundicin esferoidal con magnesio no exige ninguna composicin

    qumica tan exacta y no es necesario que la fundicin sea hipereutectoide, ni las

  • 27

    limitaciones de silicio no de fsforos so tan precisas, se comprende que en la actualidad

    sea mucho ms empleado e magnesio que el cerio para producir fundiciones con grafito

    esferoidal.

    La adicin a la fundicin liquida del magnesio o de otros elementos alcalinos o

    alcalinotrreos, que por sus propiedades actan como enrgicos desoxidantes y

    estabilizadores de carburos, alteran el normal mecanismo de solidificacin de la fundicin,

    provocando la separacin del grafito en forma nodular.

    La microestructura de estas fundiciones en bruto suele estar constituida por esferoides de

    grafito rodeado por aureolas de ferrita sobre un fondo o matriz de perlita.

    Al estudiar con detalle el proceso, el magnesio, al ser adicionado al bao metlico, se

    combina rpidamente con el azufre si este se halla en cantidades importantes en la

    fundicin.

    Por ello conviene desulfurar bien la fundicin para

    que el contenido en azufre de la fundicin, en el

    momento de adicionar el magnesio sea inferior a

    0.02%. As la accin del magnesio ser

    verdaderamente eficaz y no se emplear en cambio

    una parte del magnesio para desulfurar la

    fundicin.

    En la prctica normal, para obtener el grafito

    esferoidal, es necesario, adems, de aadir

    magnesio en la forma y cantidad conveniente adicionar tambin un elemento

    inoculante a la fundicin. El magnesio que en este proceso se considera como el

    agente que promueve la esferoidizacin, en realidad si fuera el nico elemento que

    se adicionar al bao dara lugar a la formacin de una fundicin blanca. Siendo el

    magnesio un elemento que blanquea la fundicin, se comprende que si accin

    combinada con la de un inoculante es la que verdaderamente produce la

    esferoidizacin.

    FUNDICION MEEHANITE.- Las necesidades de la segunda guerra mundial

    exigieron la fabricacin en un ritmo acelerado de grandes cantidades de piezas

    para automotores, como bielas y cigeales. La produccin de tales piezas ha

    resultado mucho ms rpida fundindolas que fabricndolas a martinete con

    matrices.

    Para la obtencin de piezas fundidas de una rigidez igual a la de piezas de acero

    forjado se necesita, sin embargo, un material adecuado que rena tanto las

    propiedades del hierro colado que permuta una fundicin fcil, como las

    caractersticas mecnicas del acero.

  • 28

    Uno de los materiales ms conocidos que se emplean en esta clase de fundiciones

    es el Meehanite, llamado as por el apellido del investigador A. F. Meechan, quien

    obtuvo su primera patente en EE.UU. de Norteamrica en el ao 1922 y se ha

    ocupado durante largos en estudios tendientes a mejorar las propiedades fsicas

    de los hierros fundidos.

    Ya hemos explicado que las lminas de grafito que interrumpen la matriz reducen

    la resistencia del hierro fundido. Ahora bien, el metal Meehanite tiene su origen en

    la observacin que por inoculacin, tratando al hierro en estado de fusin con

    ciertos elementos grafitantes, en la cuchara o en el horno, se puede influenciar la

    cantidad, la forma y el tamao del grafito. Adiciones del calcio, magnesio, etc.,

    acompaadas con un aumento del porcentaje de chatarra de acero que se

    introduce en el cubilote, han dado resultados satisfactorios en lo que se refiere a

    las propiedades mecnicas de las piezas fundidas. Esta proporcin elevada (hasta

    50 a 80%) de chatarras de acero constituyen un factor importante en la

    elaboracin de la fundicin Meehanite; otro factor importante los constituye el

    sobrecalentamiento del metal en estado de fusin.

    El Meehanite es un metal de fundicin que tiene una composicin qumica

    semejante a la mejor fundicin de hierro y que, al mismo tiempo, combina las

    mejores propiedades fsicas del hierro colado y del acero moldeado.

    Se parece al hierro colado, por el hecho de que tiene una gran capacidad de

    amortiguamiento de golpes, y con respecto al acero conserva este metal una gran

    resistencia a la traccin, a la fatiga, a la corrosin y al desgaste.

    El Meehanite tiene una estructura de grano fino, como el acero. Consta de perlita

    sin vestigios de ferrita, por lo que se parece a los aceros para la construccin de

    herramientas, que contienen alrededor de 0.85% de carbono.

    El grafito que contiene el Meehanite, se encuentra en pequeas lminas

    diseminadas dentro de su estructura en forma tal, que no se enlazan entre s; la

    resistencia mecnica del metal, aumenta considerablemente, porque una

    estructura semejante no da lugar a la existencia de superficies dbiles formada

    por carbono, que priginan las roturas.

    Estas aleaciones causan las siguientes caractersticas:

    - Alta resistencia a la ruptura.

    - Durezas uniformes an en piezas con fuertes variaciones en el espesor.

    - Grano fino y uniforme.

    - Buena maquinabilidad, excepto en las de uso de alta friccin.

    - Gran gama de aplicacin.

    Comparacin de propiedades mecnicas.

    CIFRAS FUNDICIN GRIS MEEHANITE ACERO MOLDEADO

  • 29

    MECNICAS CORRIENTE R Kg/mm2 15.5 38-49 49 E Kg/mm2 8.15 14.770 21.000 CHARPY Kg/mm2 0.053 0.185-0.23 0.237 TORSIN Kg/mm2 35. 42 38-45

    DUREZA BRINELL 100-194 196-200 600 Temple

    170

    DENSIDAD Kg/mm3

    7-7.7 7.43 7.86

    Internacional Meehanite Metal Corporation ha desarrollado cuatro grupos principales de

    aleaciones, como se indica:

    GRUPO 1.- Piezas para maquinaria en general (G significa general use).

    GM - Mxima resistencia para aplicaciones especiales.

    GA - Alta resistencia, buena maquinabilidad.

    GAH - Especial para tratamientos trmicos.

    GB - Alta resistencia para todo propsito.

    GC - Alto pulimiento para todo propsito.

    GD - Piezas livianas estancadas.

    GE - Piezas pequeas y de escaso espesor.

    GRUPO 2.- Piezas resistentes al calor. (H significa Heat resisting)

    HA - Hasta 650:C, maquinable.

    HB - Calor y abrasin hasta 750:C.

    HR - Rigidez y resistencia al descascarado, hasta 840:C.

    HD - Hasta 620:C.

    SC - Resistencia de descascarado hasta 750:C.

    HE - Temperaturas con variacin intermitente.

    GRUPO 3.- Piezas resistentes a la friccin (W significa Wear resisting)

    WA - Maquinable, resistente severos esfuerzos.

    WAH - Tratable trmicamente, alta dureza.

    WB - Fuerte al desgaste abrasivo.

    WH - Dureza extrema para materiales altamente abrasivos.

    WBC - Fundicin en coquillas extrema resistencia la compresin.

    WFC - Fundicin en coquillas, piezas ligeras.

    GRUPO 4.- Resistencia a la corrosin (C significa corrosin resisting)

    CB3 - Para cidos concentrados.

    KC - Para lcalis.

    CB - Acide y agentes atmosfricos.

    CC - Agentes atmosfricos y agua de mar.

  • 30

    Las caractersticas mecnicas de las diferentes aleaciones Meehanite pueden consultarse

    en las tablas que damos a continuacin.

    Tabla 34 y 35; Propiedades de varios tipos de metal Meehanite.

    Propiedades fsicas del metal Meehanite

    Tipos para trabajos generales

    Tipos Resist. Al calor Mximo de Temp. De trabajo

    Tipos de res. A la corrosin.

    Caractersticas GM GB GC GD HD HR CC-CB Resistencia de traccin Kg/mm2

    38.6 31.6 28.1 24.6 23.1 28.1 29.5

    Mdulo de elasticidad Kg/mm2

    16.2 13.35 12.3 10.55 12.3 14.75 13.35

    Mdulo de rotura segn Am. Found.Ass Kg/mm2

    65.4 59.5 57.6 52 47.1 53.5 54.1

    Resistencia de fatiga Kg/mm2

    17.6 13.3 12.3 10.5 11.2 13.35 13.35

    Resistencia al impacto (Charpy) Kg/mm2

    0.185 0.157 0.104 ----- ----- ----- -----

    Ensayo de torsin; probeta dimetro, 19, 1mm largo 368.9 mm Resistencia de torsin Kg/mm2 ngulo de torsin grados

    45 99.3

    39.2 76.1

    33.2 64.3

    28.2 56.7

    ----- ----- -----

    Dureza (Brinell) 217 196 192 183 202 229 187 Peso espesfico Kg/mm3

    7.48 7.37 7.25 7.13 ----- ----- -----

    Con tratamiento trmico en los tipos GM, GA y GB pueden obtener durezas de hasta 600

    Brinell.

    Observaciones

    La resistencia de traccin se refiere a ensayos con una probeta de un dimetro de 30.5mm.

    La dureza Brinell se refiere al estado fundido.

    COMPOSICION QUIMICA DE LOS ACEROS MOLDEADOS

    ELEMENTOS AL CARBONO ALEADOS - Carbono - Silicio - Manganeso - Azufre - Fsforo - Nquel - Cromo

    0.1 a 0.90% 0.2 a 0.40% 0.6 a 0.90% 0.01 a 0.035% 0.01 a 0.3%

    0.08 a 0.04% 0.25 a 1.80 0.50 a 12.00 0.01 a 0.03 0.01 a 0.03 1.25 a 11.00 0.5 a 24.00

  • 31

    - Molibdeno - Vanadio - Cobre - Titanio - Tungsteno

    0.20 a 0.50 0.20 a 0.50 0.50 a 1.50 0.20 a 0.40 0.50 a 3.00

    Ntese que los aceros aleados tienen menor proporcin de carbono. Esto significa que los

    elementos de aleacin son los que marcan las caractersticas de estos aceros. En cambio en

    los aceros al carbono las propiedades mecnicas dependen exclusivamente del carbono.

    Los aceros moldeados en general deben ser sometidos a tratamientos trmicos para

    mejorar la estructura cristalina de las piezas en especial, los aceros al carbn deben

    someterse a recocido bajo temperaturas que fluctan entre los 750 y 900:C, dependiendo

    de la composicin qumica. El tiempo de tratamiento depende del espesor y volumen de

    las piezas.

    Los aceros aleados tambin admiten o exigen tratamientos trmicos, salvo algunas

    aleaciones al nquel cromo que se conocen como auto-temple, es decir que con el

    enfriamiento natural de las piezas dentro de los moldes tienen suficiente endurecimiento

    y buenas condiciones en el tamao de los cristales.

    Las caractersticas mecnicas de is aceros moldeados estn comprendidas entre los

    siguientes valores:

    CARACTERSTICASDE LOS ACEROS MOLDEADOS

    Caractersticas Al carbono Aleados Resistencia a la ruptura Kg/mm2 Lmite elstico (Kg/mm2) Alargamiento (%) Dureza Brinell

    40 a 60 32 a 50 13 a 23 116 a 180

    60 a 100 50 a 75 10 a 25 135 a 275

    Como se puede ver en el cuadro precedente, las caractersticas mecnicas de los aceros

    aleados son notablemente superiores a las que acusan los aceros al carbono. En

    consecuencia es importante conocer la influencia de los elementos de aleacin que tienen

    sobre los aceros moldeados:

    CARBONO.- Segn se va elevando el contenido dentro de los rasgos sealados para los

    aceros mejor la resistencia a la traccin y disminuye el alargamiento.

    SILICIO.- Es el desoxidante por excelencia de los aceros. Mejora la dureza, eleva la

    resistencia a la traccin y el lmite elstico aparente y mejora la ductilidad.

    Todo esto hasta un lmite de 0.8%. Cantidades mayores los tornan frgiles o

    quebradizo.

    MANGANESO.- Aumenta la dureza. Es desoxidante y depurador. Combina con el

    azufre eliminando la fragilidad. De las condiciones de forja y laminado.

    Como elementos aleados aumenta la tenacidad y la resistencia sin bajar

    ostensiblemente la ductilidad. Alto contenido entre 11 y 13% carbono 1.00

    a 1.30% produce el acero al manganeso llamado HADFIELD resistente al

  • 32

    desgaste se usa en chaquetas para molinos. Debe someterse a recocido y

    temple.

    AZUFRE.- Constituye una impureza proveniente de los minerales y del carbn.

    Cuando est presente en pequeas cantidades se hace inocuo porque

    combinan con el manganeso. Cuando la proporcin es ms alta combina

    con el hierro formado FeS y destruye lo continuidad de la estructura

    cristalina tomando frgil al acero. Lmite mximo 0.06%

    FOSFORO.- Torna al acero en frio y disminuye la resistencia. Lmite mximo 0.06%.

    Sumando con el azufre no debe sobrepasar 0.08%.

    NQUEL.- Hace tenaz al acero. Sube la resistencia, el lmite elstico y la dureza. Afina

    el grano. Elevada proporcin reduce aceros diamagnticos, con 22%

    resulta resistente a la corrosin con 24% se usan para calefaccin elstica

    por ser elevada resistividad. Con 36% se utiliza para instrumentos de

    precisin por su baja dilatacin. Con 18-8 de cromo y nquel el acero es

    inoxidable tenaz, poco corrosivo ala cavitacin y se usa para turbinas

    hidrulicas, engranes, etc.

    CROMO.- Es uno de los elementos ms valiosos en los aceros. Se obtiene granos

    cristalinos de fina contextura, resistencia a la corrosin y al calor. Se usa en

    combinacin con el nquel para fabricar componentes de instalaciones de

    energa atmica. Con alto contenido (18-22%) y 8-10 de nquel se obtienen

    los inapreciables aceros inoxidables conocidos como STAINLES STEELS.

    VANADIO.- Evita el crecimiento del grano cristalino, mejora la maleabilidad, sube la

    resistencia y el lmite elstico. Casi nunca sobrepasa el 1%. Combinado con

    cromo se obtienen aceros para forjas de alta resistencia. (0.2% Vanadio

    2% cromo).

    MOLIBDENO

    Resistencia a la traccin y a la percusin elevada. Buena ductibilidad con 0,2%- 0,5% con

    pequeas cantidades de: Cr 0,15%-0,25%, Ni 0,5%, eleva notablemente la resistencia a la

    traccin, el lmite elstico y la dureza.

    TUNGSTENO

    Especial para herramientas de corte, su alta dureza se mantiene a temperaturas superiores a los 600 C. permite gran avance, gran corte y gran velocidad de trabajo en mquinas herramientas cuando se trata de aleaciones de 5% a 6% de Tg.

    Las piezas fundidas que tienen entre 0,60% y 0,70% de C y de 1% a 3% de Tg se usan para cilindros de motores de aviacin, caones, etc.

    A continuacin se muestran dos cuadros con las composiciones qumicas y las caractersticas fsicas de los aceros moldeados al carbono y aleados.

    COMPOSICION Y PROPIEDADES DE LOS ACEROS MOLDEADOS

    COMPOSICION QUIMICA CARACTERISTICAS TRATAMIENTOS USOS

  • 33

    MECANICAS TERMICOS

    C.T. Mn Si S P R A

    0,11 A 0,25

    0,60 a 0,70

    0,40 a 0,32

    0,035 a 0,032

    0,03 a 0,012

    41 a 47

    13,0 a 22

    126 a 116

    recocido de 885 C a 900 C

    piezas generales

    0,30 a 0,32

    0,80 a 0,70

    0,33 a 0,24

    0,026 a 0,030

    0,03 a 0,03

    53 a 50

    19,5 a 23

    156 a 130

    recocido a 890 C

    piezas generales de resistencia a la traccin

    0,32 a 0,48

    0,73 a 0,68

    0,24 a 0,41

    0,03 a 0,01

    0,03 a 0,02

    61 a 58

    18 a 17

    170 a 182

    recocido a 850 C. temple a 950 C (aire)

    resistencia al desgaste

    0,62 a 0,90

    0,66 a 0,90

    0,22 a 0,27

    0,03 a 0,028

    0,03 a 0,016

    recocido de 840 C a 800 C

    alta resistencia al choque y desgaste (martillos y matrices)

    ALEADOS

    TIPO C.T. Mn Si Ni Cr Mo V Cu Ti W R A HB USOS

    Mn(medio) 0,25 1,43 0,55 65 24 170 desgaste, choque

    Mn(alto) 1,3 13 1,5 82 22 desgaste (molinos)

    Ni 0,15 - 0,30

    0,6 - 0,9

    2 a 3 60 - 70

    30 - 22

    elem. Maquinas alta temperatura

    Ni-Cr 0,36 0,53 0,28 1,62 0,76 70 20 200 elem. Maquinas

    NI-Cr-Mo 0,25 - 0,35

    0,6 - 0,8

    1,25 - 2,0

    0,5 - 1,0

    0,3 - 0,4

    78 - 94

    18 a 10

    230 -275

    Engranajes, excavador A. Tem. Des.

    Cr 0,15 1 max

    1 max

    5 - 1; 11,5 - 13,5

    67 - 90; 63 - 70

    elem. Maquina Inox. Bbas turbinas

  • 34

    Cr-Mo 0,25 - 0,35

    0,5 - 1,5

    0,2 - 0,5

    Res. Traccin, desgaste Piezas Liv.

    Mn-Cr-Mo 0,25 - 0,40

    1,25 - 1,50

    0,7 - 0,9

    0,3 - 0,4

    Economa en peso

    Cu-Cr 0,28 - 0,35

    0,35 - 0,45

    0,9 - 1,2

    0,5 - 1,5

    70 25 Engra. Mot. Comb. Inter.

    Mn-Si-Ni-Cr 0,08 - 0,15

    2 max

    1 max

    8 a 10

    17 - 19

    60 60 - 55

    135 - 185

    Inox. Choque

    Mn-Sr-Cr-Ni-Ti

    0,08 2 max

    1 max

    8 a 11

    17 - 19

    5xC 70 - 100

    60 - 65

    135 - 155

    Inox. Res. Calor y Vibracin

    Si-Ni-Cr-W 0,14 0,43 176 11,4 23,9 3,2 60 25 170 Inox. Res. Calor.

    La obtencin de piezas moldeado es mucho ms difcil que las de fundiciones, por las

    siguientes razones, entre otras:

    La elevada temperatura de fusin y de vaciado, que provoca principio de fusin en

    la arena, exigiendo mejores calidades.

    Gran rechepe de las piezas, lo que demanda mayor cuidado en la sobre

    alimentacin de los fundidos.

    Elevada contraccin, caractersticas que provoca cortaduras en las piezas, las que

    se producen en temperaturas en las que el acero an no tiene resistencia o est

    muy baja.

    Diferencia de velocidad de enfriamiento segn los distintos espesores de las

    piezas, obligando a utilizar enfriadores internos o coquillas externas en los moldes.

    Necesidad de tratamientos trmicos de recocido y de temple, para modificar la

    estructura cristalina y el tamao de los granos.

    FUNDICION DE LAS ALEACIONES DE COBRE (Cu)

    El empleo de las aleaciones de Cu (particularmente con el estao) tiene su origen en la

    ms remota antigedad. Fue justamente una aleacin de Cu y estao la que le dio el

    nombre a la llamada edad de bronce, que sigue a la de la piedra y precedi a la del hierro.

    Los descubrimientos arqueolgicos y los estudios correspondientes hacen remontar los

    primeros objetos de bronce a unos miles de aos antes de Cristo; no obstante, todava se

    emplea se emplean estas aleaciones ampliamente en las construcciones metlicas y, aun

    siendo en buena parte los elementos aleatorios iguales a los empleados hace 3000 o 4000

    aos, obtienen los resultados superiores, por estar perfeccionado en mtodos de fusin y

  • 35

    por ser mayor el conocimiento que se tiene de las reciprocas influencias de los elementos

    en s y de las aleaciones por ellos formados.

    Los metales que ms comnmente entran en la composicin de los bronces son el cobre,

    estao, el zinc, el plomo y el aluminio con proporciones ms pequeas de otros metales,

    cual el nquel, el hierro, el manganeso, el silicio, el fosforo que aun en pequeas cantidades

    confieren caractersticas especiales a las aleaciones.

    EL COBRE

    Se funde a unos 1083 C, y tiene buena conductividad trmica y elctrica. Se encuentra en

    la naturaleza en forma de xidos, carbonatos y sulfuros con el nombre respectivo de

    cuprita, malaquita y calcopirita, que es el mineral ms importante.

    Los yacimientos ms notables de estos minerales se encuentran en los Estados Unidos,

    Canad, Mxico, Chile, Rusia, Espaa y Japn.

    El cobre ms puro y que da mejores resultados en la fundicin de los bronces es el

    llamado electroltico, por ser obtenido por electrolisis.

    ESTAO

    Se funde a unos 232 C y se emplea en aleaciones con otros metales. Esta menos difundido

    en la naturaleza que el cobre y se encuentra en Inglaterra, China, Malasia, Bolivia y Sian, en

    forma de xido que toma el nombre de casiterita, de la que se extrae el material por

    reduccin.

    EL ZINC

    Se funde a unos 420 C y entra a formar parte, adems de en los bronces, en los que

    sustituye parte del estao, en las alecciones llamadas latones, muy usados en fundicin y

    para obtener barras, planchas, etc. Y para aleaciones de zinc y aluminio adecuadas para la

    fusin en coquilla y a presin.

    El zinc se encuentra en la naturaleza sobre todo l forma de sulfuro, que toma el nombre

    de blenda, o de carbonato, llamado calamina, en los Estados Unidos, Espaa, Francia,

    Silesia e Italia.

    EL PLOMO

    Se funde a unos 327 C y se encuentra en la naturaleza principalmente en forma de sulfuro

    (esto es, galena) en los Estados Unidos, Mxico, Canad, Austria, Alemania, Espaa e Italia.

    Entra tambin en aleaciones con el cobre y el zinc, y tiende a solidificarse la aleacin, a

    producir licuaciones, esto es, a separarse de los toros metales.

    EL ALUMINIO

    No entra en las aleaciones de cobre y estao clsicas (o bronces), en las que casi siempre

    es considerado una impureza, pues resulta muy perjudicial por la formacin de xido

    (almina), pero si en los llamados bronces de aluminio.

    El aluminio se funde a 657 C, y es la base de toda la vasta gama de aleaciones llamadas

    ligeras. Se extrae sobre todo de la bauxita, oxido hidratado de hierro y aluminio, mediante

    electrolisis de un bao fundido de esta.

  • 36

    Esta se encuentra en yacimientos de minerales de aluminio en Amrica, Francia, Italia y

    Noruega.

    EL NIQUEL Y EL HIERRO

    Puede entrar en las aleaciones del cobre en pequeas proporciones, confiriendo a estas

    ligas una estructura ms fina y, por ello, mayor resistencia y maleabilidad.

    EL MANGANESO, EL SILICIO Y EL FOSFORO

    Entran en los bronces, ms que como elementos ligantes verdaderos y propios, como

    desoxidantes, esto es, para eliminar el oxgeno que puede ser absorbido por las aleaciones

    de cobre durante la fusin.

    ALEACIONES DE COBRE Y ESTAO O BRONCES

    Las aleaciones compuestas solamente de cobre y estao tienen un mximo de resistencia a

    la traccin cuando el contenido de este ltimo llega a 185-19%; en cambio, disminuye

    proporcionalmente el alargamiento hasta casi anularse. Sobre pasado el lmite el 20%, el

    metal se hace frgil, aunque adquiere, por el gran contenido de este, la notable cualidad de

    la antifriccin; pero se observa en estas aleaciones tendencia a la licuacin, esto es, a la

    separacin en el estado slido de los componentes.

    ALEACIONES DE BRONCE PARA PIEZAS MOLDEADAS

    ALEACION PARA

    Cu Sn Pb Zn P R A (HB)

    Piezas de maquinaria

    90 10 0,08 20 3 60

    Engranajes - Turbinas - Cojinetes

    88 12 0,08 20 5 75

    Desgaste - Cojinetes - Alta presin

    86 14 0,08 20 3 90

    Cojinetes livianos

    86 7 2 5 18 6 70

    Cojinetes pesados

    75 9 16 0,05 16 10 60

    Cojinetes laminados en caliente

    86 10 4 0,05 18 12 70

    Cojinetes laminados en frio

    80 12 8 0,05 15 7 60

    Piezas comunes (AL-7.11)

    89 - 93 35 12 80

    Grifera de agua (Alemania)

    85 7 5 3 15 8 60

    Grifera de agua

    85 5 5 5 15 8 60

  • 37

    (Americana)

    El cobre aleado con zinc, da el latn, el cual es compuesto por trmino medio, de dos

    terceras partes de Cu por una tercera parte de Zinc. Su peso especfico vara entre 8,2 y

    8,9.

    Si a la aleacin se aade un poco de plomo, el latn queda ms blando y se puede trabajar

    muy bien en el torno.

    ALEACIONES DE LATON PARA MOLDEO

    ALEACION PARA Cu Sn Pb Zn

    Piezas moldeadas (rojo)

    89 1 10

    Piezas sin especificacin (amarillo)

    84 1 15

    Anticorrosivo (aguas duras)

    57 1 42

    Piezas de Maquinaria

    60 40

    Piezas sin especificaciones (adornos)

    60 1.5 38.5

    Para barcos-cojinetes-tuercas (Mn+Al+Fe+Sn hasta 7.5%)

    65 1.5 Resto

    CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES ALEACIONES DE ALUMINIODE FUNDICION

    En la seleccin de aleacin de aluminio ms adecuado para fines determinados, el tcnico

    debe considerar el mtodo de moldeo ms el propsito para cada pieza, si puede

    someterla o no a mejoramiento y cules son sus caractersticas.

    Desde el punto de vista de resistencia mecnica, es evidente que las aleaciones que pueden

    ofrecer la mayor carga de rotura son las de mejoramiento. Entre las que ofrecen mejores

    caractersticas de resistencia, especialmente de desgaste, son las aleaciones de cobre;

    siguen las aleaciones de magnesio y al zinc-magnesio; el segundo grupo y el cuarto

    presentan adems una elevada tenacidad.

    Sobre la resistencia en caliente, las aleaciones de mejor comportamiento son las que

    contiene cobre, nquel y hierro; siguen las aleaciones de gran contenido de magnesio y

    silicio y por ltimo las aleaciones de zinc.

  • 38

    Desde el punto de vista de colabilidad y ausencia de fragilidad de contraccin, se observa

    que estas cualidades, en comparacin con el aluminio pursimo, disminuyen primero con

    la presencia del alrededor y luego aumenta superando casi la proporcin correspondiente

    al mximo intervalo de solidificacin; entre las diversas aleaciones, el complejo de las

    aleaciones aluminio-silicio con fuerte contenido de silicio es el que mejor se comporta.

    Pasando a la mecanizacin, las ms mecanizables son las que dan una viruta quebradiza y

    ofrecen escasa resistencia mecnica; desde el punto de vista las aleaciones de cobre-

    aluminio son las mejores. Las aleaciones aluminio-silicio, por la conocida presencia de

    cristales de silicio dursimo que causa la rotura del filo cortante, presentan un

    comportamiento opuesto, as que no son aconsejables en el caso de preparacin de piezas

    de forma compleja que requieren una prolongada mecanizacin.

    Para la resistencia a la presin, en cambio, las aleaciones de aluminio-silicio son las

    mejores: las menos adecuadas son las aleaciones con gran contenido de magnesio.

    Sobre la pulimentabilidad, es evidente que las ms duras y las ms homogneas son las

    ms bien pulimentables; entre las diversas aleaciones las mejores son las de aluminio-

    silicio-magnesio de bajo contenido de silicio y mejoradas o bien las aleaciones con gran

    contenido de magnesio respecto a la oxidacin andica, las aleaciones de bajo contenido

    de magnesio o de silicio presentan en cambio un desfavorable comportamiento, no solo

    por la deficiente compacidad de la pelcula de xido sino tambin por el aspecto

    amarillento de la misma.

    Finalmente, en lo que se refiere a la resistencia a la corrosin. Conviene conocer la

    naturaleza del ambiente. En el caso de ambientes de carcter neutro o cidos, el material

    que mejor resiste indudablemente es el aluminio, especialmente el ttulo elevado. Al

    aluminio le siguen las aleaciones de aluminio-silicio- y aluminio-magnesio.

    En el caso de ambientes bsicos estn ms indicadas, en cambio, las aleaciones de

    aluminio-magnesio, las cuales, con elevada proporcin presentan incluso una resistencia a

    la corrosin mayor que la del aluminio puro; tales aleaciones, pues las ms indicadas en

    ambiente marino.

    ALEACIONES DE ALUMINIO PARA MOLDEO

    El aluminio puro no se emplea para piezas moldeadas y su uso esta principalmente

    destinado a los laminados de perfiles, tubos y chapas.

    En cambio las aleaciones a base de aluminio son numerosas y tienen gran importancia en

    virtud a su escaso peso especfico. Las dividiremos en varios grupos segn sean los

    elementos de aleacin. Al final de este ttulo se incluir una tabla de las aleaciones para

    piezas coladas.

    ALUMINIO-COBRE

    Las aleaciones tiles estn comprendidas en los siguientes rangos:

    - Menos de 15% de cobre

    - Menos de 15% de aluminio

  • 39

    Las primeras son de mayor importancia en la obtencin de piezas moldeables.

    Las aleaciones con menos de 15% de aluminio se conocen con el nombre de aluminio

    bronceado, tiene una resistencia de 70 a 76 Kg/mm2 y tiene buen comportamiento a las

    cargas alternativas (compresin y tensin sucesivas). Son generalmente frgiles. La ms

    comn es la de 10% de aluminio.

    ALUMINIO-ZINC

    Las aleaciones tiles estn comprendidas entre los siguientes rangos:

    - Menos de 33% de zinc