Fundiciones 2010

FUNDICIONES DE HIERRO

Definición

FUNDICIONES DE HIERRO

Definición

Fundición de hierro (o hierrofundido) es una aleación Fe‐C‐Sifundido) es una aleación Fe C Si,con contenido de carbonogeneralmente mayor de 2,0%,cantidad superior a la que puedeser solubilizada en la austenita,de modo de resultar carbonode modo de resultar carbonoparcialmente libre (Grafito), aexcepción de la fundición blanca.

El Si promueve ladescomposición de la Fe3C.

(grafito) C 3Fe CFe3 Si

Clasificación de las fundiciones en base como se encuentra el C:

Fundición blanca: El carbono se encuentra como Fe3C y su nombre sedebe al aspecto brillante de la superficie de fractura que ocurre a lolargo de la Fe3C. El contenido de Si se encuentra en menor proporción.


Fundición maleable: Es obtenido a partir de la fundición blanca,mediante el tratamiento térmico de maleabilización, transformando laFe3C en nódulos (copos) de grafito. También se le denomina “carbonorevenido”


Fundición gris: El carbono se encuentra en forma de hojuelas de grafitoy su nombre se debe al aspecto gris de la superficie de fractura queocurre a lo largo de la hojuelas de grafito. El Si se encuentra en mayorproporción.


Fundición dúctil: El carbono se encuentra en forma de nódulosesféricos de grafito y su nombre se debe a sus buenas propiedadesmecánicas Los nód los de grafito no actúan como elementosmecánicas. Los nódulos de grafito no actúan como elementosconcentradores de tensiones. La obtención de grafito esferoidal esproducto de un tratamiento en estado líquido, donde después deldesulfurado se inocula Mg (~0.05%) que promueve la formación denódulos de grafito.

Fundición BlancaFundición Blanca

FUNDICIÓN BLANCA

Propiedades fundamentales:

Debido a la presencia de Fe3C en la estructura, presenta elevadas durezap 3 , py resistencia al desgaste. Sin embargo, su maquinabilidad es deficiente.

Para su producción es necesariop

a) Una composición química adecuada en contenido de C y Si; y

b) Una alta velocidad de enfriamiento para evitar la formación deb) Una alta velocidad de enfriamiento para evitar la formación degrafito

En la industria se usa el sistema de coquilla que consiste en derramar elEn la industria se usa el sistema de coquilla, que consiste en derramar elmetal líquido en moldes metálicos, donde el metal enfría con lavelocidad que prácticamente toda la grafitización es eliminada y el

( )carbono queda retenido en forma combinada (Fe3C).

La profundidad de la capa acoquillada, o sea la profundidad def ió d f di ió bl d d á d l t id d Siformación de fundición blanca dependerá del contenido de Si.

FUNDICIÓN BLANCA

Composición química adecuada en contenido de C y Si

FUNDICIÓN BLANCA

Una alta velocidad de enfriamientopara evitar la formación de grafitopara evitar la formación de grafito

FUNDICIÓN BLANCA

Propiedades fundamentales:

• ElMn actúa incrementando la profundidad de acoquillado.

• El P su efecto es disminuir la profundidad de acoquillamiento, demodo que se acostumbra mantenerlo por debajo de 0.4%.

• El Cr en contenidos de 1 a 4% aumenta la dureza y la resistencia aldesgaste, porque estabiliza la cementita e impide la formación del

f d l d d fgrafito. Adicionalmente, contenidos de 12 a 35% confiere resistencia ala corrosión y a la oxidación a altas temperaturas.

El Ni i t l d d l f did d d ill d• El Ni incrementa la dureza pero reduce la profundidad de acoquillado,por lo que se usa en combinación con el Cr, para neutralizar su efecto.

• El Mo aumenta la profundidad de acoquillamiento en pequeñas• El Mo aumenta la profundidad de acoquillamiento, en pequeñascantidades (0.25 a 0.75%) mejora la resistencia de la superficieacoquillada a fenómenos de astillamiento. Además, endurece ymejora la tenacidad de la matriz perlítica.

FUNDICIÓN BLANCA

Aplicaciones típicas de la fundición de hierro blanca o acoquillada.

• Ruedas de vagones: 3.35% Ct; 0.5% Si; 0.55% Mn

• Cilindros de laminación:

3 0% Ct; 0 75% Si; 0 25% Mn; 0 4% P; 0 12% S; (baja dureza)3.0% Ct; 0.75% Si; 0.25% Mn; 0.4% P; 0.12% S; (baja dureza)

3.5% Ct; 0.5% Si; 0.25% Mn; 0.4% P; 0.12% S; (alta dureza)

3 4% C 0 6% Si 0 3% M 1 25 C 4 5% Ni 0 4% M 0 35% P 0 10%3.4% Ct; 0.6% Si; 0.3% Mn; 1.25 Cr; 4.5% Ni; 0.4% Mo; 0.35% P; 0.10%Si; (el tipo más duro);

• Revestimiento de molinos:• Revestimiento de molinos:

2.9% Cr, 0,5% Si; 0.5% Mn; (415 a 460 HB)

3.2% Ct; 0.5% Si; 0.6% Mn; 2.0% Cr y 4.5% Ni; (550 a 650 HB)

• Bolas de molinos de bolas: 2.8% Ct ; 0.3% Si; 0.4% Mn (415 a 477 HB);3.20% Ct; 0.5% Si; 0.3% Mn; 1.4% Cr y 3.5% Ni; (555 a 627 HB)..

FUNDICIÓN BLANCA

Fundición GrisFundición Gris

FUNDICIÓN GRIS

Sus características más importantes son:

• fácil fusión y moldeo;

• buena resistencia mecánica;

• excelente maquinabilidad;q ;

• buena resistencia al desgaste;

• buena capacidad de amortiguamiento (habilidad para absorber• buena capacidad de amortiguamiento (habilidad para absorbervibraciones).

Estas propiedades están relacionadas con su microestructura A su vez laEstas propiedades están relacionadas con su microestructura. A su vez, lamicroestructura es función de su composición química, principalmentecontenidos de C y Si, y de la velocidad de enfriamiento (espesor de laspieza). Ambos parámetros determinan la forma, distribución ydimensiones que la hojuelas de grafito.

Secciones del diagrama Fe‐C‐Si para contenidos fijos de Si: Permite

FUNDICIÓN GRIS

Secciones del diagrama Fe‐C‐Si, para contenidos fijos de Si: Permiteanalizar el efecto del Si en el diagrama Fe‐C

El Si di i l i ió d l té ti l l i t l d TOEl Si disminuye la composición del eutéctico, el cual ocurre en un intervalo de TO.Este efecto puede ser analizado mediante el concepto de carbono equivalentecuya fórmula es:

C.E.= % C + 1/3 (% Si)Así: Una fundición 3.6%C‐2.3%Si (C.E. 4.3) es una aleación eutéctica, de igualmanera lo es una fundición 3.2%C‐3.5%Si (C.E. 4.3).( )

Una fundición 3%C‐3%Si (C.E. 4.0) es una aleación hipoeutéctica

FUNDICIÓN GRIS

• La adición de Si disminuye lasolubilidad de C en lasolubilidad de C en laaustenita y tiende a disociarel Fe3C.

• Así, el C en la perlita puededisminuir apreciablementecomparado con los aceroscomparado con los aceros.

• La formación de grafitodepende de la velocidad dedepende de la velocidad deenfriamiento y de loselementos de aleación.

Iron‐carbon phase diagram at 2.5% Si.

L í d l f di i i

FUNDICIÓN GRIS

La mayoría de las fundiciones grises sonhipoeutécticas (C.E.<4.3). Analizando susolidificación en el sistema Fe‐C‐2%Si,tenemos:

• A To > del punto 1, la fundición estaen estado líquido Conforme la Toen estado líquido. Conforme la To

disminuye y pasa la línea de líquido,empieza el enfriamiento primario con

la formación de dendritas de proeutéctica. Estas dendritas crecen ytambién nuevas dendritas sonformadas conforme la To disminuyeentre los puntos 1 y 2.

• El tamaño de las dendritas es gobernado por el C.E. y la velocidad desolidificación. Bajo C.E. produce grandes dendritas debido al mayor intervalode To entre la líneas líquido y eutéctico. Asimismo, una rápida velocidad deq y penfriamiento promueve un tamaño más fino de dendrita .

FUNDICIÓN GRIS

• Durante la formación de las dendritas el C es desalojado hacia el líquidoj qremanente, el cual incrementa hastaalcanzar la composición eutéctica de4.3%.4.3%.

• A esta composición el líquido setransforma en dos sólidos entre lospuntos 2 y 3. Los sólidos formadosdepende si la solidificación es seguidade la reacción eutéctica estable (G + )( )o metaestable (Fe3C + ).

• Cuando se completa la reaccióneutéctica no queda líquido remanente yposteriores transformaciones tomanlugar en estado sólido.

FUNDICIÓN GRIS

• En el rango de temperaturas entre eleutéctico y eutectoide (puntos 3 y 4) laeutéctico y eutectoide (puntos 3 y 4) la disminuye en C, el cual se difundehacia las hojuelas de grafito. Estopermite a la adquirir la composiciónpermite a la adquirir la composiciónnecesaria para transformacióneutectoide, la cual toma lugar bajo

d d l b lcondiciones de equilibrio entre lospuntos 4 y 5.

• Dependiendo de la velocidad de• Dependiendo de la velocidad deenfriamiento y contenido de aleante, la

se transforma en perlita o grafito +.

Factores que influyen en la estructura de la fundición de hierro

Son dos los factores importantes: (a) composición química; y (b)velocidad de enfriamiento.

(a) Composición química.

• El C determina la cantidad de grafito que se puede formar.g q p

• El Si es el elemento grafitizante (favorece la descomposición del Fe3C).

• El Mn estabiliza la Fe C (perlita) y así balancea la acción del Si;• El Mn estabiliza la Fe3C (perlita) y así balancea la acción del Si;permite la obtención de una matriz perlítica.

• El P > 0 15% (impureza) forma con el Fe y C un eutéctico (Fe C – Fe P )• El P > 0.15% (impureza) forma con el Fe y C un eutéctico (Fe3C – Fe3P )de apariencia blanca y perforada, llamada steadita, que fragiliza lafundición (Tf=982ºC, se presenta en áreas interdendríticas).

• El S (impureza) facilita la formación de carburos, pero ocasiona fisurasa temperaturas elevadas por la formación de FeS.

Esteadita (Fe3C – Fe3P )

Factores que influyen en la estructura de la fundición de hierro

( ) f(b) Velocidad de enfriamiento

• Esta relacionada con el espesor del material. Secciones de gran espesorsignifican lentas V y secciones finas V rápidassignifican lentas Venf. y secciones finas, Venf. rápidas.

• Para elevadas Venf. el tiempo es corto para la descomposición de la Fe3C,existirá poca o ninguna grafitización (dependiendo del %Si) existiendop g g ( p )tendencia a formar fundición blanca

• A Venf lentas ocurre una apreciable grafitización (dependiendo del %Si). Laestructura estará constituida de perlita y grafito.

• Para Venf aún más lentas y %Si más elevado, la cementita de la perlita puededescomponerse parcial o totalmente originando fundiciones perlíticasdescomponerse parcial o totalmente, originando fundiciones perlíticas‐ferríticas o ferríticas.

La composición química como la velocidad de enfriamiento influyen en la morfología

FUNDICIÓN GRIS

La composición química como la velocidad de enfriamiento influyen en la morfologíade las hojuelas de grafito. Como se muestra en la figura.

Tipo A: distribución uniforme yorientación aleatoria.

Tipo B: agrupamientos en rosetas.

Tipo C: tamaño irregular yi ió l iorientación aleatoria.

Tipo D: Segregación inter‐dendrítica con orientacióndendrítica con orientaciónaleatoria.

Tipo E: segregación inter‐p g gdendrítica con orientaciónpreferida.

Tipo A: hojuelas de grafito distribuidas

FUNDICIÓN GRIS

Tipo A: hojuelas de grafito distribuidasuniformemente sin orientación preferencial.Este tipo es encontrado en fundiciones grises

l d l d d dcon Si y P no muy elevados y con velocidad deenfriamiento moderada. En general es asociadocon las mejores propiedades mecánicas.

Tipo B: hojuelas de grafito en forma rosetas.Este tipo es encontrado en fundiciones grisescon composición cerca del eutéctico y estácon composición cerca del eutéctico y estáasociado a velocidades de enfriamiento másaltas. Cada roseta tiene por origen un centrod i t li ió ti d l l l lá i dde cristalización a partir del cual las láminas degrafito han crecido radialmente.

Tipo C: hojuelas de grafito de diferentesdimensiones Se presenta en fundiciones dedimensiones. Se presenta en fundiciones decomposición hipereutéctica. Las hojuelas másgruesas se forman directamente del líquido,

l f é f ámientras que el grafito eutéctico se forma mástarde en el espacio que han dejado las hojuelasgrandes.

Tipo D: Grafito interdendrítico de sobrefusión.Se encuentra en fundiciones hipoeutécticas yeutécticas solidificadas a altas velocidades deeutécticas solidificadas a altas velocidades deenfriamiento. Esta forma es debida a lanucleación retardada del grafito relacionada consobrefusiónsobrefusión.

Tipo E: Grafito interdendrítico conTipo E: Grafito interdendrítico conorientaciones preferencial. Se encuentraen fundiciones de composición muyhipoeutécticahipoeutéctica.

Está relacionado con una sobrefusión, esmenos característica. La orientación estáe os ca ac e s ca a o e ac ó es áimpuesta por las dendritas

Elementos de aleación en fundiciones grises aleadas

FUNDICIÓN GRIS

Elementos de aleación en fundiciones grises aleadas

Los elementos de aleación presentan 2 efectos:

1. Elementos grafitizantes (descomponen la Fe3C): Si, Al, Ni y Cu.

2. Estabilizadores de Fe3C: Mn, Cr, Mo, V y otros. Son evitados en piezas 3 , , , y pde paredes finas.

Todos tienden aumentar la resistencia a la tracción y dureza. El Mo (0.2‐y (0.8%) refinan la perlita y favorece la obtención de bainita; El Crincrementa la cantidad de perlita fina mejorando la resistencia; Nielemento grafitizante para contrarrestar el efecto estabilizador del Crelemento grafitizante para contrarrestar el efecto estabilizador del Cr,Mo, V, generalmente no es usado solo.

Clasificación de las fundiciones grises

FUNDICIÓN GRIS


La ASTM agrupa las Fundiciones grises en 7 tipos de composición química indicada en la tablaquímica indicada en la tabla

Clase Composicióm química ( % )Clase ASTM

Composicióm química ( % ) C Si Mn P S

20 25

3.10/3.80 3.00/3.50

2.20/2.60 1.90/2.40

0.50/0.80 0.50/0.80

0.20/0.80 0.15/0.50

0.08/0.13 0.08/0.13

30 35 40 50

2.90/3.40 2.80/3.30 2.75/3.20 2 55/3 10

1.70/2.30 1.60/2.20 1.50/2.20 1 40/2 10

0.45/0.80 0.45/0.70 0.45/0.70 0 50/0 80

0.15/0.30 0.10/0.30 0.07/0.25 0 07/0 20

0.08/0.12 0.06/0.12 0.05/0.12 0 06/0 1250

60 2.55/3.10 2.50/3.00

1.40/2.101.20/2.20

0.50/0.800.50/1.00

0.07/0.200.05/0.20

0.06/0.12 0.05/0.12

Los números de 20 a 60, corresponden a los límites de resistencia a latracción (Ksi) o sea 20000 lb/pulg2, 25000 lb/pulg2, etc.


FUNDICIÓN GRIS


Los rangos de composición química son amplios debido a que dependen delespesor de la pieza. A medida que el espesor de las piezas aumenta, loscontenidos de C y Si decrecen.

Clase Diámetro de La probeta

mm

Límite de resistencia A la tracción

Kgf/mm2

Dureza Brinell

Observaciones

mm Kgf/mm2 Brinell

20

22.5

15.5 / 18.3

160 / 200 Piezas finas: espesor hasta 13 mm C - 3.50 a 3.80% Si - 2.40 a 2.60%

30.5 12.9 / 16.9 160 / 180 Piezas medias: espesor de 13 a 25 mm C - 3.40 a 3.60% Si - 2.30 a 2.50%

50.8 12.7 / 15.5 130 / 180 Piezas gruesas: espesor superior a 25 mm C - 3.10 a 3.30% Si - 2.20 a 2.40%

22.2 29.5 / 32.3 212 / 241 Piezas finas espesor de 13 a 25 mm C 3 00 a 3 20%

40

C - 3.00 a 3.20% Si - 1.90 a 2.20%

30.5 28.8 / 33.0 207 / 241 Piezas medias: espesor de 13 a 25 mm C - 2.95 a 3.15% Si - 1.70 a 2.00%

50.8 28.8 / 31.6 180 / 217 Piezas gruesas: espesor superior a 25 mm g p pC - 2.75 a 3.00% Si - 1.50 a 1.90%

Para secciones menores la resistencia es mayor debido a el mayor % de perlita,i i l i i di i l % dmientras que para secciones mayores la resistencia disminuye por el mayor % de

ferrita presente.

Aplicaciones de las fundiciones grises

clase Espesor de las piezas Aplicaciones 20 Fina: hasta 13 mm

Media: de 13 a 25 mm Gruesa: sobre 25 mm

Utensilios domesticos, anillos de pistón, productos sanitarios, etc. Bases de máquinas; fundidos ornamentales, carcasas metálicas, Tapas de pozos de inspección, etc.Gruesa: sobre 25 mm Tapas de pozos de inspección, etc. Ciertos tipos de tubos, conexiones, bases de máquinas pesadas, etc.

25 Fina: hasta 13 mm Media: de 13 a 25 mm Gruesa: sobre 25 mm

Aplicaciones idénticas a las de la clase 20, cuando se necesita Mayor resistencia mecánica.

30 Fina: hasta 13 mm Elementos constructivos; pequeños tambores de freno discos de em30 Fina: hasta 13 mm Media: de 13 a 25 mm Gruesa: sobre 25 mm

Elementos constructivos; pequeños tambores de freno, discos de em-Brague, cárteres, bloques de motor, cabezales, bujes, bases de filtro, Rotores, carcasas de compresor, tubos, conexiones, pistones, hidraú- Licos, barramientos y componentes diversos usados en conjuntos Eléctricos, mecánicos y automotrices.

35 Fina: hasta 13 mm Media: de 13 a 25 mm Gruesa: sobre 25 mm

Aplicaciones idénticas a la clase 30.

40 Fina: hasta 13 mm Media: de 13 a 25 mm

Aplicaciones de mayor responsabilidad, de mayores dureza y resisten Cia a la tracción, para lo que se puede usar inoculación o elementosMedia: de 13 a 25 mm

Gruesa: sobre 25 mm Cia a la tracción, para lo que se puede usar inoculación o elementos De aleación bajos contenidos: engranajes, ejes de comando de válvu- Las, pequeños cigueñales, grandes bloques de motor, cabezales, bujes, bombas, compresores, rotores, válvulas, muñones, cilindros y Anillos de locomoción, bogomias, pistones hidráulicos, etc.

50 Fina: hasta 13 mm Aplicaciones idénticas a la clase 4050 Fina: hasta 13 mm Media: de 13 a 25 mm Gruesa: sobre 25 mm

Aplicaciones idénticas a la clase 40.

60 Fina: hasta 13 mm Media: de 13 a 25 mm

Es la clase de mayor resistencia mecánica, usándose normalmente Pequeños tenores deNi, Cr y Mo. Tambores de freno especiales, ci-

Gruesa: sobre 25 mm Gueñales, bielas, cabezales, cuerpos de máquinas diesel, piezas de Bombas de alta presión, carcasas de trituradoras, matrices para forja En caliente, cilindros hidráulicos, etc.

Tratamientos térmicos a las fundiciones grises

1. RecocidoEs aplicado principalmente para mejorar su maquinabilidad. Reducesustancialmente las propiedades mecánicas por ejemplo clase 40→ clase 30sustancialmente las propiedades mecánicas, por ejemplo, clase 40→ clase 30.Esta reducción depende de la temperatura y tiempo de recocido.

Efecto del recocido sobre la resistencia a la tracción de F. grises clase 30. Las barras fueronrecocidas a 925 °C por 2 h más 1 h/25 mm de sección sobre secciones mayores de 25 mm.p y


1. Recocido

Normalmente son aplicados uno de los tres tipos de recocidos, cadap p ,uno de los cuales involucra calentamiento a diferente rango de To.

1 1 R id f iti t1.1. Recocido ferritizante

• Aplicado a fundiciones grises no aleadas o de baja aleación.p g j

• Involucra la conversión de una fundición perlítica en fundiciónferrítica para mejorar su maquinabilidad.

• To= 700‐760 oC, mayores temperaturas puede ser perjudicial siesto causa una parcial o completa transformación a austenita.

• Tiempo 1h/pulg.

• Enfriamiento lento 110oC/h.Enfriamiento lento 110 C/h.


Conversión de una estructura perlítica de una fundición gris no aleada en unaestructura de grafito+ ferrita por recocido. (a) Condición de fundición; 180 HB.(b) Recocido 1 h at 760 °C; 120 HB.(b) ecoc do a 60 ; 0


1.2. Recocido medio o completo

• Aplicado a fundiciones grises aleadas cuando el recocidoferritizante no es efectivo.

• To= 790‐900 oC

• Tiempo 1h/pulg.

• Enfriamiento muy lento entre el rango de transformaciónEnfriamiento muy lento entre el rango de transformación790‐675oC.


1.3. Recocido grafitizante

• Aplicado a fundiciones grises con partículas de carburos masivos.

• To= 900‐955 oC

• Tiempo, en necesario para descomponer la Fe3C.p , p p 3

• Puede servir: Carburos masivo → P+G;

en ciertos casos: Carburos masivos→ F + G (máxima maquinabilidad)en ciertos casos: Carburos masivos→ F + G (máxima maquinabilidad)

• La velocidad de enfriamiento depende del uso final de la fundición.

(a) Si se desea descomponer la Fe3C con una máxima resistencia atracción y desgaste. Enfriamiento al aire hasta 540oC promueve laF G perlíticaF. G. perlítica.

(b) Si se desea máxima maquinabilidad enfriamiento en el hornohasta 540oC, promueve la F. G. ferrítica.hasta 540 C, promueve la F. G. ferrítica.


2. Normalizado

• Aplicado para mejorar las propiedades mecánicas de la fundición gris.Incrementa la resistencia a la tracción y dureza .

• To= 885‐920 oC, encima del rango de transformación

• Tiempo= 1h/pulg.

• Enfriamiento al aire quieto hasta la T bEnfriamiento al aire quieto hasta la Tamb.

La Taust. tiene un marcado efecto en la microestructura y propiedadesmecánicas. La TS y la dureza de un fundición normalizada depende delmecánicas. La TS y la dureza de un fundición normalizada depende del(a) contenido de carbono combinado y (b) el espaciamiento de la perlita.

• Contenido de carbono combinado: es determinado por la Taust . Unap aust.

alta Taust. incrementa la solubilidad del carbono en la austenita y por lotanto mayor será el volumen de Fe3C en la perlita mejorando suresistencia y durezaresistencia y dureza.


2. Normalizado

• Espaciamiento interlaminar de la perlita: Esta determinada por lavelocidad de enfriamiento de la fundición desde la temperatura deaustenización. Un enfriamiento rápido produce una perlita finamejorando su resistencia y durezamejorando su resistencia y dureza.

La morfología del grafito no cambia de manera significante durante elnormalizadonormalizado

Dureza a temperatura ambiente de lafundición gris después del normalizado.Efecto de la temperatura de inicio delEfecto de la temperatura de inicio delenfriamiento al aire sobre la dureza dela fundición gris normalizada.

Tratamientos térmicos a las fundiciones grises3 Temple + revenido3. Temple + revenido

3.1 Temple:

li d j d i i l dAplicado para mejorar su TS, dureza y resistencia al desgaste. Estaúltima propiedad incrementa 5 veces respecto a la F. G. perlítica.

T A 55 95 oC t t l t i ióTaust= A1 + 55 – 95 oC; para asegurar una total austenización.

A1= 730 + 28 (%Si) – 25 (%Mn)

Evitar temperaturas altas porque pueden producir distorsión, fisuración ytensiones residuales, así como promover la presencia de R. El tiempo deaustenización debe ser el apropiado para que exista suficiente carbonoaustenización debe ser el apropiado para que exista suficiente carbonoen la austenita.

Medio de temple: La fundición gris es más susceptible a la fisuración porMedio de temple: La fundición gris es más susceptible a la fisuración portemple que los aceros. El medio de temple más usado es el aceite, en elcaso de secciones complicadas se usa aceite caliente (80 ‐ 105 oC).

b é d l f d d l l dTambién es usado sales fundidas. Normalmente el H2O no es usadaporque puede provocar distorsión y fisuración.


3 T l + id3. Temple + revenido

3.2. RevenidoEs inmediato después del temple Temperatura de revenidoEs inmediato después del temple. Temperatura de revenidodepende de la dureza deseada. Reduce la fragilidad, alivia lastensiones, disminuye la dureza y mejora la tenacidad.

Effect of tempering temperature on gray iron

Fundición MaleableFundición Maleable

FUNDICIÓN MALEABLE

La fundición maleable es obtenida mediante una mediante un recocidode maleabilización aplicada a la fundición blanca y puede ser ferríticade maleabilización aplicada a la fundición blanca y puede ser ferrítica,perlítica o ferrítica‐perlítica. El principal objetivo es mejorar suductilidad y tenacidad.

La fundición maleable ha sido ampliamente reemplazada por lafundición dúctil en muchas aplicaciones Esto debido a su excesivofundición dúctil en muchas aplicaciones. Esto debido a su excesivotiempo de tratamiento y la dificultad de obtener fundición blanca(previo al tratamiento de maleabilización) en secciones gruesas( f á d ) f f d b(enfriamiento muy rápido). Es frecuentemente preferido para obtenerfundiciones de secciones delgadas.

FUNDICIÓN MALEABLE

TratamientoPrimero se tiene que producir fundición blanca con una composiciónq p pcontrolada para evitar la formación de grafito primario (formado en laeutéctica).

Composición típica de la fundición maleable

% elemento en peso% elemento en pesoFerrítica Perlítica

Carbono total 2.2‐2.9 2.0‐2.9ili iSilicio 0.9‐1.9 0.9‐1.9Manganeso 0.2‐0.6 0.2‐1.3Azufre 0.02‐0.2 0.05‐0.2Fosforo 0.02‐0.2 0.02‐0.2

FUNDICIÓN MALEABLE

Tratamiento de maleabilización

La metaestable presente en la fundición blanca disuelve más carbonoque la estable, por lo que durante el calentamiento al campoaustenítico el C precipita desde la t t bl como grafito libre Estoaustenítico, el C precipita desde la metaestable como grafito libre. Estoconstituye el núcleo del grafito que se forma durante elcalentamiento y crece durante el mantenimiento a la temperatura del l d l ó d lla I etapa por la disolución de la Fe3C.

FUNDICIÓN MALEABLE

I etapa de grafitización

C l t i t h t l t d• Calentamiento hasta la etapa derecocido (900‐970ºC) y semantiene por un tiempop pprolongado dependiendo delespesor del material (~20h).Durante esta permanenciaDurante esta permanenciaocurre la disolución de la Fe3C yla formación de + G.

• Cuando los carburos (Fe3C) soneliminados, la fundición esenfriada hasta 740ºC, antes de laII etapa.

FUNDICIÓN MALEABLE

II etapa de grafitización

• Consiste en un enfriamiento• Consiste en un enfriamientodependiendo del tipo de fundicióndeseada.

• Venf 2‐28 ºC/h se obtiene unafundición maleable ferrítica.

• Enfriamiento al aire se obtiene unafundición maleable perlítica

• Enfriamiento en aceite la fundiciónsería maleable martensítica

FUNDICIÓN MALEABLE

Malleable iron (F 2 95%C 1 2%Si 0 53%M(Fe-2.95%C-1.2%Si-0.53%Mn-0.06%P-0.21%S-0.08%Cr-0.10%Cu-0.07%Ni). )The casting was annealed: at 950 °C, held 10 h, furnace cooled to 720 °Ccooled to 720 C,held 16 h, and air cooled. Pearlitic-ferritic matrix. Etched with 4% nital. 125X

FUNDICIÓN MALEABLE

FUNDICIÓN MALEABLE

FUNDICIÓN MALEABLE

Propiedades de piezas fundidas de hierro maleable

Especificación Límite deResist. aLa tracciónKgf/m2

Límite deFluenciaKgf/mm2

DurezaBrinell

Alargamiento( % ) Microestructura

FERRITICOASTM A 147ASTM A 197

35.037.1

22.424.5

156 máx.156 máx.

1018

Ferrita y carbono en nódulosFerrita y carbono en nódulos

PERLITICO YPERLITICO YMARTENSITICOASTM A 220

42.045.545.549.056.0

28.031.531.535.042.0

149-197156-197156-207179-229197-241

108554

Carbono en nódulos enLa matriz, sin cementitaprimaria o grafito

59.566.073.5

49.056.063.0

217-269241-285269-321

321

PARA VEHICULOSASTM A 602SAE 5158

35.045.552.552.5

22.431.535.038.5

156 máx.163-217187-241187-241

10433

FerritaFerrita y carbono en nódulosIdemMartensita revenida

63.073.5

49.059.5

229-269269-302

21

IdemIdem

USOS:USOS:

ASTM A 147: Servicios generales para buena maquinabilidad yresistencia al impacto; bridas, tubos, piezas de válvulas y accesoriosdiversos para equipo ferroviario, equipo naval y otros serviciospesados hasta temperaturas 345ºC.pesados hasta temperaturas 345 C.

ASTM A 197: Accesorios para tubos y piezas de válvulas paraservicios a presión.p

ASTM A 220: Aplicaciones generales a temperaturas normales yelevadas.

ASTM A 602 y SAE 5158: piezas de automóviles y compresores,cigüeñales, bielas, ciertos engranajes, tapas de cojinetes,componentes de transmisión automática, etc.

Fundición Dúctil o NodularFundición Dúctil o Nodular

Fundición dúctil o nodular

Se caracteriza por presentar una buena ductilidad, tenacidad yresistencia mecánica. Su límite de fluencia es más elevado respecto alresto de fundicionesresto de fundiciones.

La forma del grafito esferoidal es producto de la adición de agentesnodulizantes (principalmente el Mg y Ce). El grafito esferoidal nointerrumpe la continuidad de la matriz, resultando en su mejorductilidad y tenacidadductilidad y tenacidad.

Composición química de los hierros fundidos básicos para producción de fundiciónComposición química de los hierros fundidos básicos para producción de fundición nodular

C, % Si, % Mn, % P, % S, % Ni, % Cu, % Cr, % Mo, % Sn, % 4.0 máx. 4.0 máx. 4.0 máx. 4 0 máx

1.7/2.8 1.6/2.8

2.5 máx. 2 1 máx

0.25/0.50 0.30 0.20

0 10 máx

0.10 máx. 0.10 máx. 0.05 máx. 0 03 máx

0.01 máx. 0.01 máx. 0.01 máx. 0 01 máx

1.0/3.0 0.5 0.8 -

1.50 0.15

- -

0.3 0.1 - -

0.3 0.1 - -

0.10 0.02

- - 4.0 máx. 2.1 máx. 0.10 máx. 0.03 máx. 0.01 máx.


Aplicaciones generales y usos típicos de hierro nodular

Especificacion clase Usos generales Aplicaciones típicas pNo.

g p p

ASTM A 395 ASME SA 395

60-40-18 Componentes para presión para Uso a altas temperaturas

Válvulas y dispositivos para equipos De vapor y de la industria química

ASTM A 476 80-60-03 Equipo de fábricas de papel Cilindros de secado de fábricas SAE AMS 5316

q p p pHasta temperaturas de 230oC De papel

ASTM A 536 60-40-18 65-45-12

Partes para resistencia al choque; servicios para bajas temperaturas Servicios generales

Válvulas y cuerpos de bombas De presión Componentes de máquinas sujetos 65 45 12

80-55-06 100-70-03

Servicios generales Servicios generales Mejor combinación de resistencia mecánica y al desgaste y al temple su perficial

Componentes de máquinas sujetos A cargas de choque y fatiga Cigueñales, engranajes y rodamientos Engranajes y componentes de máqui- Nas para soportar elevados esfuerzos

120-90-02 a desgaste y a te p e su pe c aMás elevada resistencia mecánica y al desgaste

as pa a sopo ta e e ados es ue osPiñones, engranajes, rodamientos, etc.

Ejemplo: Clase 60‐40‐18 equivale a TS = 60 Ksi; YS = 40 Ksi; y =18

Tratamientos térmicos de la fundición dúctil

Los más importantes tratamientos térmicos y su propósito son:

Recocido de alivio de tensiones: tratamiento a baja temperatura,para reducir o relevar las tensiones residuales ocasionadas durante lafundición.

Recocido: para mejorar la ductilidad, tenacidad y maquinabilidad,reduce la dureza, y remueve carburos.

li d l l d l d dNormalizado: para mejorar la resistencia con regular ductilidad.

Temple y revenido: para mejorar la resistencia a la tracción,i t i l d t i t l d El id dresistencia al desgaste e incrementar la dureza. El revenido produce

una matriz ferrítica con partículas pequeñas de Fe3C.

Austempering: para producir una microestructura de alta resistenciaAustempering: para producir una microestructura de alta resistencia,con buena ductilidad y resistencia al desgaste.


Diagrama CCT mostrando los tratamientos térmicos de recocido, normalizado y temple.


Microestructuras ópticas de hierro dúctil con (a) una matriz ferrítica en unrecocido de la fundición (enfriado en el horno), (b) matriz perlítica en unafundición normalizada (enfriado en el aire), y (c) una matriz martensítica en unafundición normalizada (enfriado en el aire), y (c) una matriz martensítica en unafundición templada (enfriado en agua).


Austempering:

La austenización es seguida porun temple en sales a una T>Ms.

El tiempo de permanencia es elnecesario para obtener unamatriz austenítica metaestablerica en carbón H (~2% C) querica en carbón H ( 2% C) queevoluciona junto con lanucleación y crecimiento del d f ( ) ( )listones de ferrita () (ETAPA I).

Luego los productos sonl d di tcongelados mediante

enfriamiento a Tamb. antes queocurra la etapa II.p


Austempering:

En la fundición dúctil la presenciade 2‐2.8% Si, previene laformación de Fe3C, por lo que el Celiminado durante la formacióneliminado durante la formaciónde entra en la matriz enriqueciéndola y estabilizándola,evitando que se forme martensitaen el posterior enfriamiento.

lEl proceso termina antes que seinicie la etapa II. Los rangos detiempo van desde 1 a 4 h,p ,dependiendo de la aleación.

La bainita en las F. dúctiles exhibebaja tenacidad y ductilidad.


Rango de resistencia ala tracción y valores deyelongación obtenidoscon diferentest t i t té itratamientos térmicos.


Strength and ductility versus hardness for ductile iron


Austempering (ADI: austempered ductile iron)

Presenta las mejores propiedades en las fundiciones.j p p

Consiste en una austenización en el rango de 815 a 925 °C, por un tiemponecesario para saturar la , seguido por un enfriamiento a T > MS y a unap , g p S yvelocidad suficiente para evitar la formación de perlita, a estatemperatura se mantiene hasta obtener la estructura H + ferrita aciculary posteriormente enfriamiento al airey posteriormente enfriamiento al aire.

Baja temperatura de transformación (260 °C) produce una estructura finade muy alta resistencia a la tracción y al desgastede muy alta resistencia a la tracción y al desgaste.

Alta temperatura de transformación (370 °C) produce una estructuragruesa de muy alta resistencia a la fatiga y buena ductilidadgruesa de muy alta resistencia a la fatiga y buena ductilidad.


Micrografías de fundición dúctil austemperizadas (ADI) a diferentes temperaturas

(a) Austempering a 260 °C: Exhibe una estructura acicular fina ( = 1585 Mpa;(a) Austempering a 260 C: Exhibe una estructura acicular fina (TS = 1585 Mpa;YS=1380 Mpa; = 3%; dureza= 475 HB)

(b) Austempering a 370 °C: Exhibe una estructura acicular gruesa (TS = 1035(b) Austempering a 370 C: Exhibe una estructura acicular gruesa (TS 1035Mpa; YS=825 Mpa; = 11%; dureza= 321 H.B)


Relación entre la temperatura de austempering y lade austempering y la resistencia y ductilidad de una F. dúctil aleada 1.5Ni‐0.3Mo.Taust. = 900 °C


As‐cast ductile iron(Fe ‐ 3.07%C ‐ 0.06%Mn ‐ 2.89%Si‐ 0.006%P ‐ 0.015%S ‐ 0.029%Mg).0.006%P 0.015%S 0.029%Mg).C, cementite;L, ledeburite;F f i dF, ferrite; andP, pearlite.500X.


As‐cast ductile iron

(Fe ‐ 3.7%C ‐ 1.25%Si ‐ 0.03%Mn ‐0.02%P ‐ 0.02%S ‐ 0.24%Ni ‐ 0.06%Mg).

Pearlite matrix with ferritic halosaround graphite nodules. Etched with4% nital. 100X

Ductile iron


Ductile iron

(Fe ‐ 3.8%C ‐ 2.4%Si ‐ 0.28%Mn ‐1.0%Ni ‐ 0.05%Mg) after annealing.1.0%Ni 0.05%Mg) after annealing.Ferrite and approximately 5%pearlite


ADI: Austempered ductile iron

(Fe ‐ 3 6%C ‐ 2 5%Si ‐ 0 052%Mg(Fe ‐ 3.6%C ‐ 2.5%Si ‐ 0.052%Mg‐0.7%Cu).

AF acicular ferrite;AF, acicular ferrite;

A, austenite;

M t itM, martensite.

The casting was austempered at900 °C held 2 h taken to salt900 C, held 2 h, taken to saltbath at 360 °C, held 30 min, andair cooled. Etching with 10%sodium metabisulfite. 1000X


ADI: Austempered ductile iron

(Fe ‐ 3.6%C ‐ 2.5%Si ‐ 0.056%P ‐(0.052%Mg ‐ 0.7%Cu)

Acicular ferrite and austenite. Thecasting was austempered: 900 °C,held 2 h, taken to salt bath at 360°C held 180 min and air cooledC, held 180 min, and air cooled.

Etched with 4% nital. 500X

Fundiciones 2010

Documents

Transcript of Fundiciones 2010