fundición gris - Estudio y ensayo de materiales

FUNDICIÓN GRIS
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Las fundiciones grises son aleaciones hipoeutécticas que tienen una
composición que varía entre 93 y 93,8% de hierro, 2,5 y 4% de
carbono y 1 a 3% de silicio
silicio.
Son las mas utilizadas en la industria metalúrgica para la producción
de piezas que requieran operaciones de mecanizado finales debido
a que son de fácil mecanizado en todo tipo de máquinas
herramientas.
Tiene un peso específico de (7-7
(7 7,2)
2) según sea la composición
composición, es muy
fluida y tiene la propiedad de llenar bien los moldes por dilatación al
solidificarse.
El color
l gris
i oscuro que tienen
ti
llas ffracturas
t
d
de llas ffundiciones
di i
grises
i
se debe a la presencia en las mismas de una gran cantidad de
láminas de grafito.
Su punto de fusión se encuentra entre los 1200 y 1300 ºC.
PROPIEDADES
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
Resistencia a la tracción: la fundiciíon gris tiene una carga de rotura
a la tracción pequeña
pequeña, en torno a los 15 Kg/mm² y llega a los 30 , 40
y 45 kg/mm² según sea su composición.
Resistencia a la comprensión esta resistencia es mayor, y para las
fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la
tracción.
Resistencia a la flexión: puesto que en la flexión las fibras del
quedan tensas en la p
parte convexa,, y comprimidas
p
en la
elemento q
cóncava, la resistencia a la flexión varia según la orientacion de la
sección.
Resistencia al choque: Resisten muy mal los choques y son frágiles
porque no sufren
f
deformaciones
d f
i
plásticas.
lá ti
Dureza: la dureza de la fundición gris es relativamente elevada,
esta varía entre 140 a 250 Brinell según sea su composición.
R i t
Resistencia
i química:
í i
l ffundición
la
di ió ti
tiene poca resistencia
i t
i química,
í i
y
se deteriora con los ácidos, los álcalis y las oxidaciones.
Otras propiedades: la fundición gris no es dúctil, no es maleable; se
puede soldar al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica
de arco. La fundición puede ser galvanizada en caliente, estañada y
esmaltada al fuego.
CONSTITUYENTES EN LAS
FUNDICIONES
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
Grafito: Disminuye dureza, resistencia, elasticidad,
ductilidad, tenacidad, plasticidad. Aumenta la resistencia al
desgaste y a la corrosión. Mejora la maquinabilidad.
Steadita: En las proximidades de la steadita la dureza
suele ser mas elevada que en otras zonas.
Ferrita: Ésta suele contener en disolución cantidades muy
i
importantes
t t d
de silicio
ili i que elevan
l
su d
dureza y resistencia.
i t
i
Perlita: Debido a la presencia de silicio, pudiendo variar
dicha cantidad, varia el porcentaje de carbono de la perlita.
Siendo el contenido en carbono de la perlita de las
fundiciones, inferior al de los aceros.
Ledeburita
Cementita
Menos frecuentes: Sorbita, troostita, bainita, martensita,
sulfuro de manganeso y silicatos complejos de hierro y
manganeso.
COMPOSICIÓN DE LAS FUNDICIONES
DE USO MAS FRECUENTE
OBTENCIÓN DE LAS FUNDICIONES
PRODUCCIÓN DE ARRABIO:
ARRABIO: Se denomina arrabio al material fundido que se obtiene en el
Alto Horno mediante reducción del mineral de hierro y se utiliza como materia prima en la
obtención del acero
acero. Estos minerales pueden ser:
‹ Compuestos de Hierro y Oxígeno (Óxidos) como la magnetita (Fe3 O4).
‹ Compuestos de Hierro, Hidrógeno y Oxígeno (hidróxidos) como la limonita (2Fe2 O3 +
3H2O).
‹ Compuestos
C
d
de Hi
Hierro, C
Carbono
b
yO
Oxígeno
í
((espatos, carbonatos)
b
) como lla siderita
id i (F
(Fe
CO3).
‹ Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro
anteriormente mencionado,, coque
q y caliza
caliza.. El coque
q se q
quema como combustible p
para
calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono,
carbono, que se combina con los óxidos
de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química
fundamental de un alto horno es:
Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe
‹
La caliza se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia
fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde
a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión.
Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El
silicato de calcio y otras impurezas
p
forman una escoria q
que flota sobre el metal fundido
en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente
composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del
0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.
ALTO HORNO
El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o
trabaja
j el mineral de hierro
hierro.. Un alto horno típico
p
está formado p
por
una cápsula
á
cilíndrica
í
de acero de unos 30 m de alto forrada con
un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o
ladrillos refractarios.
refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia
arriba y hacia abajo
abajo, y es máximo en un punto situado
aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte
inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares
p donde se fuerza el paso
p
del aire que
q
llamadas toberas
toberas,, por
enciende el coque
coque.. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el
que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno.
Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro
agujero para retirar la escoria.
escoria La parte superior del horno
contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas
redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que
se introduce el mineral de hierro,
hierro, el coque y la caliza
caliza.. Una vez
obtenido
b
d ell acero lí
líquido,
d se puede
d introducir
d
en d
distintos tipos d
de
coladura para obtener unos materiales determinados: la colada
convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada
continua,
continua de la que se obtienen trenes de laminación y,
y
finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se
obtienen lingotes.
ESQUEMA DE UN ALTO HORNO
ENSAYO DE FLEXIÓN TRANSVERSAL
MR = 2,546 PL
D3
P = Carga total que produce por flexión la rotura de la probeta
en libras.
libras
L = Separación de los apoyos en pulgada.
D = Diámetro de la barra en pulgadas.
MR = Módulo de Rotura en libras por pulgada cuadrada.
ENSAYO DE TRACCIÓN
RESISTENCIA A LAS VIBRACIONES
APLICACIONES
‹
La industria casi no utiliza estas fundiciones yya que
sus propiedades mecánicas son mediocres. Tienen
una gran capacidad de amortiguamiento de las
vibraciones y de ahí su utilización para las bancadas
vibraciones,
de las máquinas. La fundición gris, tratada
térmicamente, se utiliza para máquinas herramientas,
motores de combustión interna y otras piezas
sometidas a vibración y desgaste. En cuanto a la
fundición gris de grafito esferoidal
esferoidal, poseen una
resistencia mecánica y una ductilidad mayor que las
de las fundiciones grises usuales. La facilidad de
mecanización
i
ió es excelente.
l
L
Las principales
i i l
aplicaciones son: tubos para la conducción de agua,
de gas y de petróleo
petróleo.