FundiciFundicióónn

DefinicionesDefiniciones

La expresiLa expresióón n ““hierro coladohierro colado”” es un es un ttéérmino genrmino genééricorico que que se utiliza para se utiliza para designar a una familia de metales con designar a una familia de metales con una muy amplia variedad de propiedades.una muy amplia variedad de propiedades.

Los hierros colados o de fundiciLos hierros colados o de fundicióón son n son aleaciones con aleaciones con mmáás de 2% de carbonos de 2% de carbono en el en el hierro. En la prhierro. En la prááctica, la mayorctica, la mayoríía de las a de las fundiciones contienen fundiciones contienen entre 3 y 4.5%Centre 3 y 4.5%C y y otros elementos de aleaciotros elementos de aleacióón. n.

El diagrama de fases FeEl diagrama de fases Fe--C revela que las aleaciones C revela que las aleaciones comprendidas en este tramo de composiciones de comprendidas en este tramo de composiciones de carbono, funde a temperaturas entre 1150carbono, funde a temperaturas entre 1150°°--13001300°°CC..

11501150

13001300

Las fundiciones se pueden definir también, como aleaciones de hierro, carbono y silicio en la cual el carbono excede a la cantidad que puede ser retenida en solución sólida por la austenita a la temperatura eutéctica.

El alto contenido de silicio de los hierros colados modifica el diagrama Fe-C. El silicio es un promotor de grafito y tiende a disociar al Fe3C.

Las reacciones Las reacciones euteutéécticascticas y y eutectoideseutectoides ocurren en un ocurren en un intervalo de temperatura y se desplazan a mayor temperatura intervalo de temperatura y se desplazan a mayor temperatura respecto al sistema Ferespecto al sistema Fe--C.C.

Se altera la composiciSe altera la composicióón n euteutéécticactica y y eutectoideeutectoide, y la , y la solubilidad msolubilidad mááxima de carbono en xima de carbono en austenitaaustenita disminuye. disminuye.

MicroestructuraMicroestructura

La capacidad que La capacidad que tienen los hierros tienen los hierros colados de solidificar colados de solidificar en, en, el el sistema sistema metaestablemetaestable FeFe--FeFe33CCo en el sistema o en el sistema estable estable FeFe--GG, o en , o en ambosambos, , hace que el hace que el ananáálisis de la lisis de la microestructura de un microestructura de un hierro sea mhierro sea máás s compleja que la de un compleja que la de un acero. acero.

MicroestructuraMicroestructura

La microestructura de los hierros colados La microestructura de los hierros colados depende mucho de las condiciones de depende mucho de las condiciones de procesamiento y manufactura.procesamiento y manufactura.

Tipos de Hierros ColadosTipos de Hierros Colados

Hierro grisHierro gris

Hierro nodular o dHierro nodular o dúúctilctil

Hierro de grafito compactoHierro de grafito compacto

Hierro maleableHierro maleable

Hierro blancoHierro blanco

No es prNo es prááctico designar a los hierros colados por su ctico designar a los hierros colados por su composicicomposicióón qun quíímicamica, debido a que los intervalos de , debido a que los intervalos de ananáálisis de los distintos tipos se traslapan.lisis de los distintos tipos se traslapan.Los diferentes tipos se clasifican por su microestructura. Los diferentes tipos se clasifican por su microestructura.

Intervalos de C y Si para Intervalos de C y Si para HHierrosierrosCColadosolados CComunesomunes

Los hierros colados tienen Los hierros colados tienen un contenido de carbono un contenido de carbono que excede a la mque excede a la mááxima xima solubilidad de carbono en solubilidad de carbono en austenitaaustenita..

Un alto contenido de Un alto contenido de carbono incrementa la carbono incrementa la cantidad de G o cantidad de G o FeFe33CC..

Un alto contenido de Un alto contenido de CC y y SiSiincrementa el potencial de incrementa el potencial de grafitizacigrafitizacióónn..

Intervalos de Intervalos de CComposiciomposicióónn QQuuíímicamica de los de los DDiferentesiferentes TTiposipos de de FFundicionesundiciones

Fuente: Iron Casting Handbook, 1981

Hierro GrisHierro Gris

Es un hierro colado en Es un hierro colado en el cual una proporciel cual una proporcióón n

rrelativamenteelativamente alta de su alta de su carbono estcarbono estáá presente en presente en

forma de laminillas de grafitoforma de laminillas de grafito..

Cuando el hierro gris Cuando el hierro gris se rompe, la mayor parte de se rompe, la mayor parte de la fractura ocurre a lo largo la fractura ocurre a lo largo

de las laminillas de grafito, lo de las laminillas de grafito, lo que da origen a la superficie que da origen a la superficie

de fractura gris caracterde fractura gris caracteríística stica de estas fundiciones.de estas fundiciones.

Hierro Hierro NNodularodular, , DDúúctilctil o o EEsferoidalsferoidal

Es un hierro Es un hierro colado que ha sido colado que ha sido

tratado en el estado tratado en el estado llííquido, para provocar quido, para provocar que la mayor parte o que la mayor parte o

todo su carbono todo su carbono adquiera la morfologadquiera la morfologíía a

de de esferoides o nesferoides o nóódulosdulosen la condicien la condicióón de n de

colada.colada.

Hierro de Hierro de GGrafito rafito CCompactoompacto

Es un hierro Es un hierro colado que ha sido tratado colado que ha sido tratado

en estado len estado lííquido para quido para provocar que su carbono provocar que su carbono

adquiera la adquiera la forma de grafito forma de grafito compactocompacto, esto es, una , esto es, una

forma intermedia entre el forma intermedia entre el grafito laminar y el grafito grafito laminar y el grafito

nodular. nodular.

El grafito compacto tambiEl grafito compacto tambiéén se designa como n se designa como vermicularvermicular y y se describe como laminillas gruesas con extremos romos.se describe como laminillas gruesas con extremos romos.

Hierro Hierro BBlancolanco

Es un hierro coladoen el cual todo el carbono se encuentra combinado

formando carburo de hierro Fe3C.

El hierro blanco es duro y frágil y tiene una

fractura cristalina blanca.

Hierro Hierro MMaleablealeable

Es un hierro Es un hierro colado de composicicolado de composicióón n

ququíímica tal, que solidifica mica tal, que solidifica como hierro blanco, pero como hierro blanco, pero

que mediante un trataque mediante un trata--miento tmiento téérmico designado rmico designado

como como maleabilizacimaleabilizacióónn, , cconvierteonvierte a la a la cementitacementita

en nen nóódulos irregulares de dulos irregulares de grafitografito

Carbono Carbono EEquivalentequivalente

El punto El punto euteutéécticoctico en el diagrama Feen el diagrama Fe--C se C se presenta en 4.3 % de carbono.presenta en 4.3 % de carbono. A medida que el A medida que el contenido de silicio se incrementa, el contenido de contenido de silicio se incrementa, el contenido de carbono del carbono del euteutéécticoctico disminuye segdisminuye segúún:n:

%C %C ++ 1/31/3 %Si %Si = = 4.34.3Conviene combinar los efectos del C y el Si en un Conviene combinar los efectos del C y el Si en un solo factor que se designa solo factor que se designa carbono equivalentecarbono equivalente::

CCarbonoarbono equivalente = CE = %C + 1/3%Siequivalente = CE = %C + 1/3%SiOtras ecuaciones para calcular el valor CE son:Otras ecuaciones para calcular el valor CE son:

CE = %C + 1/3(%Si + %P)CE = %C + 1/3(%Si + %P)CE = %C + 0.3%Si + 0.33%P CE = %C + 0.3%Si + 0.33%P ––0.027%0.027%MnMn + 0.4%S+ 0.4%S

El carbono equivalente describe que tan cerca El carbono equivalente describe que tan cerca se encuentra del punto se encuentra del punto euteutéécticoctico la composicila composicióón n ququíímica de un hierro colado. mica de un hierro colado.

??Si CE = 4.3 la aleaciSi CE = 4.3 la aleacióón es n es euteutéécticactica

??Si CE < 4.3 la aleaciSi CE < 4.3 la aleacióón es n es hipoeuthipoeutéécticactica..

??Si CE > 4.3 la aleaciSi CE > 4.3 la aleacióón es n es hipereuthipereutéécticactica..

??El valor CE define el intervalo de temperaturas de El valor CE define el intervalo de temperaturas de solidificacisolidificacióón de la aleacin de la aleacióón, ademn, ademáás de estar s de estar relacionado con las caracterrelacionado con las caracteríísticas de la fundicisticas de la fundicióón y n y con sus propiedades.con sus propiedades.

Estructuras de la Estructuras de la MMatrizatriz de de HHierrosierros

CColadosolados

??FerritaFerrita, constituyente de baja dureza y f, constituyente de baja dureza y fáácilmente cilmente maquinablemaquinable, puede obtenerse en la condici, puede obtenerse en la condicióón de n de colada, pero generalmente es el resultado de un colada, pero generalmente es el resultado de un tratamiento de recocido.tratamiento de recocido.

??PerlitaPerlita, proporciona dureza, resistencia mec, proporciona dureza, resistencia mecáánica y nica y resistencia al desgaste. Su resistencia depende del resistencia al desgaste. Su resistencia depende del espaciado espaciado interlaminarinterlaminar..

??BainitaBainita y/o y/o ausferritaausferrita, proporcionan alta resistencia , proporcionan alta resistencia mecmecáánica y una resistencia al desgaste mejorada.nica y una resistencia al desgaste mejorada.

??MartensitaMartensita..

??Carburos masivosCarburos masivos, corresponden generalmente a , corresponden generalmente a carburos primarios que se formaron durante la carburos primarios que se formaron durante la solidificacisolidificacióón del hierro ln del hierro lííquido. Los carburos primarios quido. Los carburos primarios son nocivos para la son nocivos para la maquinabilidadmaquinabilidad..

Matriz de Ferrita

Matriz de Perlita y Ferrita

Carburos Masivos Primarios

Ausferrita

Los siete tipos de grafito de acuerdo con el Los siete tipos de grafito de acuerdo con el estestáándar ASTM A 247ndar ASTM A 247

CCincoinco Subclasificaciones de laminillas de GSubclasificaciones de laminillas de Grafitorafitodel del TTipoipo VIIVII..

EstEstáándar ndar ASTM A 247ASTM A 247

Especificaciones, Especificaciones, Calidades Calidades y y Propiedades Propiedades

MecMecáánicasnicas de las de las FundicionesFundiciones de de Hierro GrisHierro Gris

Requerimientos de Requerimientos de RResistenciaesistencia a laa laTTensiensióónn de de HHierrosierros GGrisesrises ASTM A48ASTM A48

El tamaEl tamañño de la o de la barra de prueba, colada barra de prueba, colada en forma separada que en forma separada que mejor representa al mejor representa al espesor de la pieza es:espesor de la pieza es:

A = 0.88 pulg. (22.4 mm)A = 0.88 pulg. (22.4 mm)

B = 1.20 pulg. (30.5 mm)B = 1.20 pulg. (30.5 mm)

C = 2.00 pulg. (50.8 mm)C = 2.00 pulg. (50.8 mm)

S = sujeto a un acuerdoS = sujeto a un acuerdo

EstEstáándar SAE J431c para ndar SAE J431c para FFundicionesundiciones de de HHierroierro GGris para uso ris para uso AAutomotrizutomotriz

PropiedadesPropiedades

La presencia de hojuelas de grafito en la La presencia de hojuelas de grafito en la microestructura imparte propiedades mecmicroestructura imparte propiedades mecáánicas muy nicas muy singulares al hierro gris, diferentes de las de los singulares al hierro gris, diferentes de las de los otros tipos de hierros colados y de otros metales. otros tipos de hierros colados y de otros metales.

Esta hojuelas actúan como muescas, haciendo que el hierro gris sea muy frágil y su resistencia a la tensión dependa de la cantidad y forma de las hojuelas de grafito.

Propiedades de Propiedades de TensiTensióónn

La curva de esfuerzoLa curva de esfuerzo--deformacideformacióón del hierro n del hierro gris gris no tiene una no tiene una parte linealparte lineal (es decir (es decir no obedece a la Ley no obedece a la Ley de Hooke) y por tanto, de Hooke) y por tanto, no hay un mno hay un móódulo dulo úúnico.nico.

RelaciRelacióón n TTíípicapica entre entre ResistenciaResistencia a la a la TracciTraccióónn y y Carbono EquivalenteCarbono Equivalente (CE)(CE)

Barras coladas de hierro gris de 30 mm de diBarras coladas de hierro gris de 30 mm de diáámetrometro

Hierros grises Hierros grises con CE<4.3 son con CE<4.3 son hipoeuthipoeutéécticoscticosy tienen mayor y tienen mayor resistencia resistencia debido a que la debido a que la cantidad y cantidad y tamatamañño de las o de las laminillas de laminillas de grafito grafito disminuyedisminuye

Propiedades de CompresiPropiedades de Compresióónn

Para el hierro gris, como cualquier material Para el hierro gris, como cualquier material frfráágil, su comportamiento es mejor en condiciones gil, su comportamiento es mejor en condiciones de compreside compresióón que de tensin que de tensióón y las hojuelas de n y las hojuelas de grafito no influyen en la resistencia a la grafito no influyen en la resistencia a la compresicompresióón. n.

La resistencia a la compresiLa resistencia a la compresióón del hierro gris n del hierro gris es tres o cuatro veces mayor que su resistencia a la es tres o cuatro veces mayor que su resistencia a la tensitensióón, y depende en mayor grado de la estructura n, y depende en mayor grado de la estructura de la matriz. de la matriz.

Especificaciones, Especificaciones, Calidades Calidades y y Propiedades Propiedades MecMecáánicasnicas

de las de las FundicionesFundiciones de de Hierro DHierro Dúúctilctil

Propiedades de Propiedades de TracciTraccióónn de de Hierros Hierros Nodulares Nodulares para uso para uso General General ASTM A 536ASTM A 536

RT= Resistencia a la tracción EF = Esfuerzo de fluencia con 0.2% de deformación

% EL = por ciento de elongación.

Propiedades de Propiedades de TracciTraccióónn de de HierrosHierros NodularesNodularespara uso para uso Automotriz Automotriz SAE J 434CSAE J 434C

RT= Resistencia a la tracción EF = Esfuerzo de fluencia con 0.2% de % EL = por ciento de elongación. deformación

Propiedades de Propiedades de TracciTraccióónn de de HierrosHierros Nodulares Nodulares para usos para usos EspecialesEspeciales* * ASTM A 536ASTM A 536

RT= Resistencia a la tracción EF = Esfuerzo de fluencia con 0.2% de % EL = por ciento de elongación. deformación

* Por ejemplo, tubería, coples, etc.

Propiedades de Propiedades de TensiTensióónn de de Hierro DHierro DúúctilctilLos hierros dúctiles no

tienen un punto de fluencia obvio, por lo

cual se usa el criterio de 0.2% para mediar su

límite de fluencia.

El módulo de elasticidad se puede determinar de

la parte lineal de esta curva. La pendiente de

la curva no se ve afectada por la

estructura de la matriz, pero si por la cantidad

de grafito

Comportamiento al Comportamiento al ImpactoImpacto para para Hierro Hierro DDúúctil ctil FerrFerrííticotico con con EntallaEntalla y sin y sin EntallaEntalla

La resistencia al impacto Charpy típica de hierro gris varía de 1 a 5 ft-lb.

Efecto de la Efecto de la Estructura Estructura de la de la MatrizMatriz en en las las CurvasCurvas de de TransiciTransicióónn de de ImpactoImpacto