INDICE

ASPECTOS GENERALES

FUNDICIONES MALEABLES

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INGENIERÍA DE MATERIALES

2012

¿QUÉ ES UNA FUNDICION MALEABLE?

TIPOS

RECOCIDO RAPIDO

spectos enerales

a G

• René Reaumur quien se le considera como el iniciador de la fundición maleable y que en su libro “L´art d´adoucir le fer” (1722) brinda todos los detalles de cómo fabricar una fundición maleable.

• El hierro forjado es muy tenaz y resistente, pero con él es muy difícil fabricar piezas de poco tamaño y de forma complicada.

FUNDICIONES MALEABLES

• Desde hace mucho tiempo se vinieron haciendo numerosos ensayos y tentativas para ablandar la fundición y convertirla en un material tenaz.

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¿Qué es una fundición maleable?

El hierro maleable es un metal fundido de hierro que tiene como base la fundición blanca.

La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad el carbono a temperatura alta, constituye la base de la fabricación de la fundición maleable.

Fe3C 3Fe + C

La maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que en forma combinada contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares de grafito y en ferrita

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Fundición blanca

Tratamiento térmico

Fundición Maleable

1.- F. M. DE CORAZÓN BLANCA O EUROPEA2.- F. M. DE CORAZÓN NEGRO O AMERICANA:

2.1 F. M. FERRÍTICA.2.2 F. M. PERLÍTICA.

TIPOS

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1.- FUNDICIÓN MALEABLE DE CORAZÓN BLANCA O EUROPEA

En este procedimiento, las piezas de fundición blanca son envueltas con un material oxidante y dentro de cajas cerradas son sometidas a un recocido de alta temperatura (900⁰ C a 1100⁰C) durante 3 a 6 días.

Fig. 1 Ciclo de recocido con descarburación de la fundición blanca para obtener fundición maleable europea o de corazón blanco.

• En este recocido, la fundición blanca se descarbura al realizarse una difusión de carbono del interior al exterior, bajo la acción del material oxidante que rodea las piezas quedando convertida la fundición blanca, que es muy frágil, en un nuevo material muy tenaz

• Las características mecánicas que se obtienen en piezas delgadas con esta clase de fundiciones son aproximadamente:

R = 35 Kg/mm² y A = 1 a 12%.

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2.- FUNDICIÓN MALEABLE DE CORAZÓN NEGRO O AMERICANA

En el procedimiento americano, las piezas se envuelven dentro de cajas cerradas rodeadas con materias neutras, como la arena, en vez de ser recubiertas con materiales oxidantes, como se hace en el europeo.

Las características mecánicas aproximadas de esta clase de fundición son: R = 38 Kg/mm² y A = 10 a 20 %.

2.1- FUNDICIÓN MALEABLE FERRÍTICA

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En el sistema americano, la fundición blanca no se descarbura y el carbono no emigra de la fundición, sino que durante el recocido se precipita bajo forma de nódulos de grafito, resultando entonces un material muy tenaz.

Las características mecánicas de una maleable ferrítica son las siguientes: - Dureza Brinell entre 110 y 145- Resistencia a la tracción entre 340 y 400 MPa

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2.2- FUNDICIÓN MALEABLE PERLÍTICA

Esta fundición en lugar de tener la matriz ferrítica la tiene perlítica, que es más dura y resistente que la ferrítica. Con esta clase de fundiciones se obtienen resistencias de unos 60 Kg/mm² y 5 a 10% de alargamiento.

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.Para su fabricación se suele emplear alguno de los tres métodos que describimos a continuación:

En la fig. 4 se pueden observar las resistencias y alargamientos de las diferentes clases de fundiciones maleables, comparadas con las que corresponden a otros materiales de empleo muy corriente.

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RECOCIDO RAPIDO EN LAS FUNDICIONES MALEABLES

TABLA 1 – Duración aproximada del recocido a 1000⁰C de la fundición maleable blanca empleando mineral de hierro o atmósferas descarburadas

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Fundiciones Maleables Blancas

Se puede acortar la duración del recocido de las maleables blancas utilizando hornos de gran potencia de calentamiento y atmósferas descarburantes en lugar de minera y cajas de recocido.

De esta forma se consigue reducir mucho la duración de la operación como se puede apreciar en la siguiente tabla.

RECOCIDO RAPIDO EN LAS FUNDICIONES MALEABLES

Tres ciclos de recocido rápido para maleabilización de la fundición blanca. Los dos primeros ciclos se pueden realizar solo en modernas instalaciones, que no emplean cajas de recocido

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Fundiciones Maleables Negras

Consiste en calentar a 950⁰C, mantener 10 horas, enfriar rápidamente a 780⁰C, mantener unas 20 horas y enfriar rápidamente a partir de esa temperatura. De esta forma se consigue hacer el recocido en unas 50 horas aproximadamente.

MICROESTRUCTURA Y METALOGRAFÍA

Fe3C 3Fe + C

La maleabilización tiene por objeto

transformar todo el carbono que está como cementita en la fundición blanca, en nódulos irregulares de grafito en forma de gota de mancha de tinta.

Maleabilización

La fundición maleable se caracteriza por microestructuras que consta de la dispersión uniforme de partículas finas de carbono libre en una matriz de ferrita, perlita o martensita.

<DISPERSIÓN DE GRAFITO>

Las diferencias estructurales entre el hierro ferrítico maleable y los diversos grados de hierro maleable perlítico o martensítico se logra a través de variaciones en el tratamiento térmico.

<VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO>

COMPOSICIÓN QUÍMICA La composición química de las fundiciones maleables

generalmente se ajusta a la tabla siguiente. Pequeñas cantidades de Cromo(0.01 a 0.03%), Boro (0.0020%), Cromo (aprox. 1.0%), Níquel (0.5 a 0.8%) y Molibdeno (0.35 a 0.5%) también están a veces presentes.

Elemento Composición %

Carbono 2.16-2.90

Silicio 0.90-1.90

Manganeso 0.15-1.25

Azufre 0.02-0.20

Fósforo 0.02-0.15

Elementos como el Si y el Mn en solución sólida en la matriz ferrítica contribuyen a la resistencia y a la reducción de la elongación de la ferrita.

HIERRO MALEABLE FERRITICO

Hierro Maleable Ferrítico

1) De corazón Blanco (Europeo)2) De corazón Negro (Americano)

1) Material Oxidante

Recocido 2) Material Neutro

(Descarburación)

(No se descarbura, se precipita en grafito)

Estructura típica de una Fundición Maleable Ferrítica de corazón Negro.Se observan los granos de ferrita que conforman la matriz ferrítica y el grafito en forma de mancha de tinta.

M3210

HIERRO MALEABLE PERLÍTICO Y MARTENSÍTICO

Su composición química es similar a la anterior.

Esta diseñado para obtener carbono combinado en la matriz.

El Hierro maleable martensítico es producido por temple y revenido de hierro maleable perlítico.

El hierro ferrítico maleable puede convertirse en hierro perlítico maleable recalentando a una temperatura mayor que la critica seguida de un enfriamiento rápido.

Debido al aspecto que presenta estas estructuras al microscopio, se conocen como estructura de “ojo de buey”.

PROPIEDADES MECANICAS IMPORTANTES DEL HIERRO

MALEABLE FERRÍTICORESISTENCIA A LA TRACCIÓN : Resistencia máxima de un material sujeto a una carga de tracciónLÍMITE ELÁSTICO : El mayor esfuerzo que se puede aplicar a un material sin causar una deformación permanente.MÓDULO DE ELASTICIDAD : Velocidad del cambio de deformación como función del esfuerzo.RESISTENCIA A LA FATIGA : es la resistencia que ofrece un material a los esfuerzos repetitivos.

La más importantes para fines de diseño son :

PROPIEDADES MECÁNICAS IMPORTANTES DEL HIERRO

MALEABLE PERLÍTICO Y MARTENSÍTICO

Resistencia la desgaste.- Debido a su estructura y resistencia el hierro maleable Perlitico y Martensiticos tiene desgaste excelente de resistencia.

Soldadura Industrial.- Es difícil de realizar debido a las altas temperaturas que se utiliza la que puede causar la formación de una capa frágil de grafito libre de hierro blanco.

CUADRO N° 4: Propiedades de piezas fundidas de hierro maleable:

Propiedades mecánicas de los hierros fundidos maleables

NOMENCLATURANomenclatura ASTM (American Society for Testing

Materials)

ASTM A47

ASTM A220

Fundición Maleable Ferrifica

Fundición Maleable Perlítica

y Martensítica

ASTM A47 - 32510

325

10

Limite elástico mínimo (en kips por pulgada

cuadrada)

Porcentaje mínimo de alargamiento en 50mm (2

pulgadas)

ASTM A47

N° Especificación

Clase o Grado

Microestructura

Aplicaciones comunes

Ferríticos

ASTM A 47 32510, 35018 Grafito y ferrita. 

Servicios de ingeniería en general a temperaturas normales y elevadas . 

Nomenclatura AISI/SAE

• Grupo F-830

Grupo F-840

Fundición Maleable

Fundiciones Maleables Perlíticas

Aplicaciones

Aplicaciones

Aplicaciones• Se las utiliza como accesorios para cañerías,

transmisión y conducción de líquidos y gases, piezas pequeñas, o piezas de bajo espesor de formas muy variadas pero tenaces a la vez.

• Se utilizan en gran escala en la industria automovilística y de producción de máquinas agrícolas, para obtener ejes, soportes, suspensiones, cajas de diferencial, cajas de engranajes, igualmente son muy empleadas para empalmes roscados de tubos.

Aplicaciones

Para la clase ferritica :• en equipo automotriz, agrícola y

ferroviario; juntas de expansión y piezas fundidas para barandales de puentes; ensambles de grúas de cadena y rodetes industriales; conexiones para tuberías y muchas aplicaciones en ferretería general.

Aplicaciones

Algunas aplicaciones del hierro perlítico maleable son:• cajas para ejes y diferenciales, ejes

de levas y cigüeñales para automóviles, engranes, catarinas, pernos de unión para cadenas y ménsulas elevadoras en equipo transportador

APLICACIONES

Prensa de tornillo

Tuberías

Pistones Diesel.

la carcasa del engranaje de dirección.

APLICACIONES

Driveline yokes

Bielas