Fundiciones



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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOMAS DE ZAMORA

FACULTAD DE INGENIERIA



FUNDICION NODOLAR
FUNDICIONES:
Las fundiciones son aleaciones de hierro, carbono y silicio, aunque generalmente contienen también manganeso, fósforo, azufre, etc. Son de mayor contenido de carbono que los aceros ( de 2 al 4,5 %) y adquieren su forma definitiva por colada, no siendo nunca las fundiciones sometidas a procesos de deformación plástica ni en frío ni en caliente, por lo que no pueden forjarse ni grises, que en la práctica son las más importantes, aparecen laminarse.

En las fundiciones durante la solidificación y posterior enfriamiento laminas de grafito, que al originar discontinuidades en la matriz, son la causa de que las características mecánicas de las fundiciones grises sean, en general muy inferiores a las de los aceros, aunque sean, sin embargo, suficientes para una amplia variedad de aplicaciones.

En las fundiciones blancas aparecen en su solidificación un constituyente llamado ledeburita, que es un eutéctico formado por austenita saturada y cementita, que no existe en los aceros y que al enfriarse queda transformado en agrupaciones muy particulares de cementita y perlita. La presencia de cantidades importantes de cementita y de esos de cementita y perlita reunidos en forma similar a la que corresponde a los eutécticos, es la causa de la gran fragilidad de las fundiciones blancas.

Hay algunas fundiciones que son tenaces y tienen cierta ductilidad. En este grupo se incluyen las fundiciones maleables y otras especiales como las fundiciones nodulares también llamadas, fundiciones dúctiles de grafito esferoidal o hierro dúctil.



El cubilote es la instalación mas empleada para la fabricación de la mayoría de las piezas de fundición. Un porcentaje de piezas mucho menor se obtiene utilizando hornos de reverbero, hornos con crisol y hornos eléctricos, siendo estas ultimas instalaciones las mas utilizadas para la fabricación de fundiciones de calidad, fundiciones aleadas y de alta resistencia. En algunos casos especiales se fabrican piezas de gran tamaño, colando directamente la fundición desde el alto horno.

Para la fabricación de piezas de fundición se emplea generalmente como materia prima el arrabio o lingote de hierro, utilizándose también en las cargas de hornos y cubilotes, chatarras de fundición y a menudo chatarra de acero. Durante los procesos de fabricación se suelen hacer algunas veces, adiciones de ferrosilicio y ferromanganeso, y en algunas ocasiones especiales, se añade ferrocromo, níquel, etc., para obtener en cada caso la composición deseada.

Teóricamente, las fundiciones pueden contener de acuerdo con el diagrama hierro-carbono, de 1.7-6.67% de carbono. Sin embargo en la practica, su contenido varia de 2-4.5%, siendo lo mas frecuente que oscile de 2.75-3.5%. el contenido de silicio suele oscilar de 0.5-3.5% y el manganeso de 0.4-2%.excepcionalmente, los contenidos en silicio y manganeso llegan algunas veces a 4% y en ocasiones se fabrican fundiciones especiales hasta de 15% de silicio. Los porcentajes de azufre suelen oscilar de 0.01-0.20%, los de fósforo de 0.04-0.08% y en algunos casos llega a 1.5%. para conseguir ciertas características especiales, se fabrican fundiciones aleadas que, además de los elementos citados, contienen también porcentajes variables de cobre, níquel, cromo, molibdeno, etc..


PROPIEDADES DE LAS FUNDICIONES


El empleo de la fundición para la fabricación de piezas para usos muy diversos, ofrece, entre otras las siguientes ventajas:

  • Las piezas de fundición son, en general más baratas que las de acero, y su fabricación es también más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas relativamente poco elevadas, siendo menores que las correspondientes a los aceros.

  • Las fundiciones son, en general, mucho más fáciles de mecanizar que los aceros.

  • Se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones y también piezas pequeñas y complicadas, que se pueden obtener con gran precisión de formas y medidas, siendo además en ellas mucho menos frecuentes la aparición de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero fundido.

  • Para numerosos elementos d motores, maquinaria, etc., son suficientes las características mecánicas que poseen las fundiciones. Su resistencia a la compresión es muy elevada (50 a 100 Kg./mm²) y su resistencia a la tracción (12 a 90 Kg./mm²) es también aceptable para muchas aplicaciones. Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien (mejor que el acero) las vibraciones de máquinas, motores, etc., a que a veces están sometidas.

  • Su fabricación exige menos precauciones que la del acero.

  • Como la temperatura de fusión de las fundiciones es bastante baja, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que en general suele ser bastante fácil conseguir que las fundiciones de estado líquido tengan gran fluidez, y con ello se facilita la fabricación de piezas de poco espesor. En la solidificación presentan mucha menos contracción que los aceros y además su fabricación no exige como en la de los aceros, el empleo de refractarios relativamente especiales.

  • En el caso particular de la fundición nodular, posee excelentes características y en muchos casos llegan a ser una gran competencia para el acero.


CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES

Por ser muchos y muy diferentes los factores que hay que tener en cuenta para la calificación y selección de las fundiciones, es difícil establecer una clasificación simple y clara de las mismas. La más antigua y conocida de las clasificaciones establece cuatro grupos: fundición blanca, gris, atruchada y maleable. A estos cuatro grupos se añade en la actualidad otro grupo, el de las funciones especiales, en el que se pueden incluir las fundiciones aleadas que contienen elementos especiales, las fundiciones nodulares, aciculares, inoculadas, etc..

Clasificación de las funciones por su micro estructura:

Las fundiciones que se obtienen en los altos hornos y en los cubilotes se pueden clasificar de acuerdo con la microestructura en tres grandes grupos:






  • Fundiciones en las que todo el carbono ser encuentra en estado libe, formando grafito. Son fundiciones ferríticas.

  • Fundiciones en las que parte del carbono se encuentra combinado formando cementita y parte libre en forma de grafito. A este grupo que es el más importante de todos pertenece la mayoría de las fundiciones que se fabrican y utilizan normalmente, como son las fundiciones grises, atruchadas, perlíticas, etc..

Es interesante señalar que en la práctica es muy difícil encontrar fundiciones en las que todo el carbono aparezca en forma de grafito.

Con un criterio amplio, también se podrían incluir en este segundo grupo, auque no encajan exactamente en él, las fundiciones maleables, cuya matriz es de ferrita y en las que el grafito se presenta en forma de nódulos. La fundición maleable se obtiene en dos etapas: primero se fabrica la fundición blancas y luego, por recocido de esta, se obtiene la fundición maleable.


hierro nodular


hierro perlítico nodular



PRINCIPALES CONSTITUYENTES MICROSCOPICOS DE LAS FUNDICIONES

Los más importantes son la ferrita, la cementita, la perlita (formada por ferrita y cementita), el grafito y la steadita. También aparecen en ocasiones, la sorbita, la troostita, la bainita y la martencita. También se pueden señalar las inclusiones no metálicas de sulfuro de manganeso, y como menos importante los silicatos complejos de hierro y manganeso.

El grafito es una forma elemental del carbono. Es blando, untuoso, de color gris oscuro, con peso específico = 2,25, que es aproximadamente 1/3 del que tiene el acero. Se presenta en estado libre en algunas clases de fundiciones, ejerciendo una influencia muy importante en sus propiedades y características. Estas dependen fundamentalmente de la forma del grafito, de su tamaño, cantidad y de la forma en que se encuentre distribuido.

En las fundiciones grises, que son las de mayor aplicación industrial, se presentan en forma de láminas u hojuelas.

En las fundiciones maleables se presentan en forma de nódulos, y en otras especiales en forma esferoidal.

En el caso de fundiciones grises, la presencia de grafito en cantidad importante, baja la dureza, la resistencia y el módulo de elasticidad, en comparación con los valores que corresponderían a las mismas microestructuras sin grafito, es decir, a la matriz que se puede considerar como un acero. El grafito, además reduce casi a cero su ductilidad, su tenacidad y su plasticidad.

En cambio, el grafito mejora su resistencia al desgaste y a la corrosión. Disminuye el peligro de los agarrotamientos por roces de mecanismos y piezas de máquinas y motores, ya que en cierto modo actúa como un lubricante. También mejoran la maquinabilidad y reduce las contricciones durante la solidificación.

Cuando se presenta en forma de nódulos o esferoidal, la reducción de la resistencia y de la tenacidad es menor. Por ello estas fundiciones tienen mayores resistencia y alargamiento que las fundiciones grises ordinarias.




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