fundiciones - Raquel Serrano Lledó

FUNDICIONES
• Aleaciones base hierro.
• Porcentaje de carbono > 2,06 %
• Aproximadamente 3% de Si. Para controlar la formación de carburos,
ya que este favorece la formación de grafito.
• Cantidades adicionales de elementos de aleación.
• Las fundiciones por definición, sufren una reacción eutéctica
(ledeburita) durante la solidificación. Dependiendo de la composición
y del tratamiento, durante la solidificación se formará γ y Fe3C o γ y
grafito.
• Dependiendo de que se forme grafito o cementita las fundiciones se
denominaran grises o blancas.
• La tendencia a la grafitización (formación de grafito) se regula mediante
la composición ( % de Si) y la velocidad de enfriamiento lenta.
• Tienen temperaturas de fusión y viscosidad de la fase líquida
relativamente bajas, no forman capas superficiales indeseadas durante la
colada y experimentan una contracción moderada durante la solidificación
y el enfriamiento.
• Poseen buena conformabilidad para formas complejas y unas propiedades
mecánicas inferiores a las aleaciones de forja. Se conforman mediante
moldeo principalmente.
Son aleaciones férreas cuyo contenido en carbono es superior al 2%. (3- 4,5% C)
Contienen
también
hasta
un
3%
de
Si
p
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CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES:
Dependiendo de la forma de presentarse el carbono se clasifican en:
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Fundición gris.
(Composición: entre el 2,5 a 4% C y 1 -3%, de silicio)
Carbono en estado libre, formando grafito en láminas.
‰
0,6 - 3% Si estabilizante del grafito
‰
%P < 0,17
aumenta la colabilidad
Ð velocidad de enfriamiento
‰
Formación según diagrama estable Fe-C.
‰
Láminas de grafito
‰
Frágiles
‰
Resistencia mecánica dependiendo de las láminas de grafito
→ ↑
tamaño ↓ Resistencia mecánica
Composición:
Ce = Ct + 1/3 ( % Si + % P )
Ce = Contenido equivalente ( hipo, hiper, eutéctica )
Ct = Contenido total de carbono
• Silicio ↑ formación de grafito laminar
• Fosforo →
mejora la resistencia al desgaste y la colabilidad
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La fundición gris se forma cuando el carbono de la aleación excede la cantidad
que puede disolverse en la austenita y precipita como hojuelas escamas o
láminas afiladas y puntiagudas de grafito. Estas hojuelas hacen de concentrador
de tensiones, causando baja resistencia y ductilidad, por lo tanto, contribuyen a
darle fragilidad a la fundición
La fundición gris en cambio tiene varias propiedades atractivas: alta resistencia a
la compresión, buena maquinabilidad, adecuada resistencia al desgaste por
fricción y a la fatiga térmica, buena conductividad térmica y amortiguamiento
contra la vibración.
Las bancadas para máquinas y equipos que vibran se suelen construir de
fundición.
La superficie de rotura es gris debido a la presencia del grafito.
La matriz en la que se encuentre precipitado el grafito puede ser ferrita o perlita,
dependiendo de la velocidad de enfriamiento de la aleación; obteniéndose así dos
tipos de fundiciones:
• Fundición gris ferrítica
• Fundición gris perlifica.
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Fundición dúctil o esferoidal
‰
(Composición: entre el 3 a 4% C y 1,8 -2,8%, de silicio). (Contiene
un 0,05% de magnesio, los contenidos máximos en azufre deben ser
menores del 0,003% y en fósforo menor del 0,1%).
‰
Carbono en forma de esferoides de grafito
‰
Inoculación de magnesio y/o cerio.
‰
Características:
- ↑ ductilidad
- ↑ resistencia a la tracción
El carbono se presenta en forma precipitados esféricos de grafito, consiguiendo
así una mejora de las propiedades mecánicas sobre la gris. La ductilidad se ve
aumentada en un factor de 20 y la resistencia en un factor de dos.
Para producir esta fundición se requiere de dos pasos previos al enfriamiento:
1) Desulfuración
2) Esferoidización.
Durante este proceso podemos obtener dos tipos de matrices ferrítica o
perlítica.
En comparación con la fundición gris, la fundición dúctil tiene excelente
resistencia mecánica, ductilidad y tenacidad. La ductilidad y resistencia
mecánica también son superiores a las de las maleables, pero dado el mayor
contenido de silicio en la fundición dúctil, la tenacidad es inferior.
La fundición dúctil combina las ventajas de procesado de la fundición gris con
las ventajas en ingeniería del acero.
La fundición dúctil ferrítica tiene una resistencia a la tracción entre 380
y 480 MPa y una ductilidad del 10 al 20%. Este material se utiliza para
fabricar válvulas, cuerpo de bombas, cigüeñales, pistones y otros
componentes del automóvil y maquinaria.
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Fundición blanca:
‰
Carbono combinado con el Fe → CEMENTITA.
‰
Formación según diagrama metaestable Fe-Cementita.
‰
Obtención
* ↓ % Carbono
* elementos de aleación formadores de carburos Cr, Mo, V
* velocidad de enfriamiento alta
‰
Muy duras y frágiles
Son fundiciones de bajo contenido en carbono (con menos del 1% de Si) y que
se enfrían con elevadas velocidades, el carbono se presenta en forma de
cementita, tiene una superficie de rotura característica cristalina y blanca,
obteniéndose un material duro, frágil (puede ser inmecanizable) y con buena
resistencia al desgaste.
Un grupo de fundiciones blancas altamente aleadas se utilizan Por su dureza y
resistencia al desgaste por abrasión. Se agregan elementos como el cromo, el
níquel y el molibdeno, de manera que además de lo carburos de aleación que se
forman durante la solidificación, se pueda producir martensita durante el
tratamiento térmico posterior.
Su aplicación se limita a componentes de gran dureza y resistencia al desgaste y
sin ductilidad, como por ejemplo los cilindros de los trenes de laminación.
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Fundiciones maleables
Carbono en forma de nódulos de grafito.
Recocido de las fundiciones blancas.
Características:
- ↑ tenacidad
- ↑ maleabilidad → dependen matriz (α, Ps, Bs, Ms.)
- ↓ fragilidad
Se
obtiene a partir de las fundiciones blancas, mediante un tratamiento
térmico (calentamiento a 800-900ºC, 3% de carbono equivalente, 2,5%C,
1,5% Si) mediante el cual la cementita se transforma en grafito nodular y
hierro aportando ductilidad a la fundición.
Las fundiciones maleables son materiales importantes en ingeniería, ya
que poseen buenas propiedades de moldeabilidad, mecanizado, resistencia
moderada, tenacidad, resistencia a la corrosión para ciertas aplicaciones y
uniformidad, puesto que todas las fundiciones son tratadas térmicamente.
Sus aplicaciones más representativas son tubos de dirección. Engranajes
de transmisión y cajas de diferencial para la industria automovilística,
rebordes, muelles tabulares y partes de válvulas para ferrocarriles, marina
y otros servicios.
Durante el tratamiento térmico de maleabilización se descompone la
cementita formada durante la solidificación y se producen nódulos o
agrupamientos de grafito. La forma redondeada del grafito permite que se
obtenga una buena combinación de resistencia y ductilidad.
El tratamiento térmico de maleabilización consta de dos etapas;
1) Grafitización: Se calienta la F.B. por encima de la temperatura
eutectoide (940ºC) y se mantiene entre 3 a 20 horas, dependiendo de la
composición, estructura y tamaño de la pieza. En esta etapa la
cementita se transforma en carbono revenido (grafito) y austenita
2) Enfriamiento.: Durante esta etapa se determina el tipo de matriz
(ferrita, perlita o martensita) que se va a formar dependiendo de la
velocidad de enfriamiento.
La fundición maleable ferrítica: enfriamiento rápido hasta unos 740 y 760ºC, y
después se enfría lentamente a unos 3 a 11ºC/h. La austenita se transforma en
ferrita y grafito
Tiene buena tenacidad en comparación con otras fundiciones.
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La fundición maleable perlítica: enfriamiento lento hasta unos 870ºC, y después
se enfría con aire. La austenita se transforma en perlita y nódulos de carbono.
La fundición maleable martensitica: enfriamiento en el horno hasta una
temperatura de temple de 845 a 870ºC, manteniéndose durante 15 a 30 minutos
para permitir que se homogenicen, y templado en aceite agitado para desarrollar
una matriz de martensita. Finalmente se les da un revenido. (Martensita
revenida).
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FUNDAMENTO DE CIENCIA DE MATERIALES.
TRATAMIENTOS TERMICOS
1) Hacer una clasificación de las fundiciones en función de la forma
de presentarse el grafito y de la matriz en que se encuentra.
Mostrando en cada caso los constituyentes que aparecen.
2) Objetivos de los tratamientos termicos. ¿Qué es un
recocido?,Tipos de recocido. Explicar para que sirve cada uno.
3) Tipos de temple. Diferencias entre sus estructuras y propiedades.
4) Caracteristicas principales de un revenido. Valoración del
cambio de propiedades en función de la temperatura.
5) Diferencia entre templabilidad y capacidad de temple.
6) Influencia del carbono en la dureza de la martensita.
7) En las curvas de la S que aparecen en la figura, decir que
estructura se obtendría en cada uno de los enfriamientos y con
que tipo de tratamientos corresponderia.
8) En el diagrama de fases, marcar las lineas de solidus y liquidus,
indicar las fases presentes en cada zona. Enumerar las reacciones
invariantes que aparecen y decir de que tipo son. Hacer un
estudio de una aleación del 0,9 % de carbono a 600ºC, diciendo
tipo de fases, composición de las mismas etc. Dibujar la curva de
enfriamiento de la misma.
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