FUNDICIONES

1. FUNDICIONES Prof. Ing. Roberto Bozzolo

2. Son aleaciones de hierro, carbono y silicio que generalmente contienen también magnesio, fósforo y azufre. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

3. CARACTERÍSTICAS Prof. Ing. Roberto Bozzolo

4. Su contenido en carbono (2 a 4,5 %) • Se caracterizan porque adquieren su forma definitiva por colada. • No son nunca sometidas a procesos de deformación plástica ni en frío ni en caliente. • Por lo general no son dúctiles ni maleables y no pueden forjarse ni laminarse. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

5. Fundiciones grises La mayoría de las fundiciones grises son aleaciones que contienen entre 2,5 y 4% de carbono. El proceso de grafitización se realiza con mayor facilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si la cantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio, es la adecuada. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

6. Estructura Ferrítica Prof. Ing. Roberto Bozzolo

7. Estructura Perlítica Prof. Ing. Roberto Bozzolo

8. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

9. La fundición gris constituida por mezcla de grafito y ferrita: • es la más blanda • la de menor resistencia mecánica • la resistencia a la tracción y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe alcanzando su valor máximo en la fundición gris perlítica. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

10. Estructura Perlítica (esteadita) Prof. Ing. Roberto Bozzolo

11. FUNDICIONES BLANCAS Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

12. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

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14. Características • dureza y resistencia al desgaste • sumamente quebradiza • difícil de mecanizar • se utiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricación de fundición maleable Prof. Ing. Roberto Bozzolo

15. Principales propiedades • Son por lo general más fáciles de mecanizar que los aceros. • Se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones y piezas pequeñas y de formas complicadas que se pueden obtener con gran precisión de formas y medidas. • Su resistencia a la compresión es muy elevada, de 50 a 100 Kgf/mm2. • Su resistencia a la tracción suele variar de 12 a 40 Kgf/mm2. Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien las vibraciones de las máquinas y motores. • Como la temperatura de fusión es bastante baja se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que en general suele ser bastante fácil conseguir que las fundiciones en estado líquido tengan gran fluidez y con ello se facilita la fabricación de piezas de poco espesor. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

16. Clasificación de las fundiciones Prof. Ing. Roberto Bozzolo

17. Por su fractura • Por su microestructura Prof. Ing. Roberto Bozzolo

18. Por su fractura: por el aspecto de las fracturas que presentan al romperse los lingotes de hierro obtenidos en el alto horno colados en arena y por el aspecto que tienen después de rotas las piezas fundidas, se clasifican en: • fundición gris • fundición blanca • fundición atruchada. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

19. La gris contiene por lo general mucho silicio (1,5 a 3,5 %). • La blanca, poco silicio, generalmente menos de 1 % • La atruchada tiene un valor intermedio variable de 0,6 a 1,5 %. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

20. El color oscuro que tienen las fracturas de las fundiciones grises y atruchadas se debe a la presencia en las mismas de gran cantidad de láminas de grafito. • El contenido en silicio de las aleaciones hierro –carbono y la velocidad de enfriamiento, tienen gran influencia en la formación de una u otra clase de fundición. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

21. Las velocidades de enfriamiento muy lentas favorecen la formación de fundición gris • El enfriamiento rápido tiende, en cambio, a producir fundición blanca. • El azufre y el manganeso producen un efecto adverso a la del silicio y favorecen la formación de fundición blanca. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

22. Por su microestructura: • Fundiciones en las que todo el carbono esta combinado, formando cementita y que al romperse presentan fractura de fundición blanca. • Fundiciones en que todo el carbono se encuentra en estado libre, 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 pertenecen las fundiciones grises, atruchadas y perlíticas. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

23. Fundiciones con carbono en forma de grafito • En las fundiciones grises y atruchadas el grafito se presenta en forma de laminillas más o menos dispersas en la masa del metal. • En las maleables el grafito está en forma nodular • En las fundiciones grises el carbono que se encuentra en forma de grafito ocupa un volumen mucho mayor que el carbono que se presenta en forma combinada en las fundiciones blancas. • En el proceso de enfriamiento de las fundiciones grises se produce en la zona de 1000 a 800°C una ligera dilatación debida a la formación de grafito que no se observa en las fundiciones blancas. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

24. Influencia del silicio en la formación de grafito • El silicio se presenta normalmente en las fundiciones disuelto en la ferrita o hierro alfa. • entre el 0,1 a 0,6 % no ejerce influencia importante. • de 0,6 a 3,5 % modifica completamente el carácter y las propiedades de las aleaciones hierro – carbono. • En las fundiciones a demás del silicio y la velocidad de enfriamiento, tienen gran importancia en la formación de grafito los contenidos de carbono, azufre y manganeso. El carbono favorece la formación de grafito y cuanto mayor sea su porcentaje más fácil será la formación de grafito. La acción del azufre y del manganeso es, en general, en contra de la grafitización. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

25. Influencia de la velocidad de enfriamiento en la formación de grafito • Los enfriamientos rápidos tienden a producir fundiciones blancas • Los enfriamientos lentos favorecen la formación de grafito y por lo tanto la formación de fundiciones grises. • Esta influencia es tan marcada que con una misma composición al variarse la velocidad de enfriamiento se obtienen diferentes calidades con distintas durezas y microestructuras. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

26. Principales características y composiciones de las fundiciones grises Prof. Ing. Roberto Bozzolo

27. son más blandas • de fractura grisácea • una parte del carbono se encuentra en forma de grafito • para obtener fundiciones grises el porcentaje de azufre y manganeso debe ser bastante bajo • las fundiciones atruchadas están entre las blancas y las grises. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

28. Las principales características que deben cumplir son: • Que cuelen bien • Que se mecanicen con facilidad • Que no tengan poros Prof. Ing. Roberto Bozzolo

29. Para que cuelen bien deben: • ser de baja temperatura de fusión y para ello deben tener contenidos de carbono elevado entre 3 y 3,75 % • el contenido de silicio debe ser de 1,25 a 2,50 %. • En la práctica el contenido de carbono debe variar de 2,75 a 3,50 %. • La fundición gris ordinaria puede considerarse normal con un contenido de C = 3,25 % y Si = 1,75 %. • Para que sean fácil de mecanizar el porcentaje de silicio debe ser elevado. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

30. Formación de grafito La aparición de grafito en vez de cementita en las aleaciones hierro - carbono, es debida a la inestabilidad del carburo de hierro en determinadas circunstancias y condiciones que hacen imposible su existencia y favorecen, en cambio, la formación del grafito. Las principales circunstancias que favorecen la formación de grafito son: un elevado porcentaje de silicio y un enfriamiento relativamente lento. La máxima temperatura alcanzada por la aleación durante la fusión y la temperatura de colada, también influyen en la cantidad, tamaño y distribución de las láminas de grafito. En algunos casos el grafito se forma directamente y en otros al desdoblarse la cementita en grafito y hierro según la siguiente reacción: Fe3C 3 Fe + C Prof. Ing. Roberto Bozzolo

31. Influencia del azufre, fósforo, manganeso, oxígeno e hidrógeno en las fundiciones Prof. Ing. Roberto Bozzolo

32. Azufre: se opone a la grafitización del carbono y favorece la formación de cementita. El azufre tiene una fuerte afinidad con el manganeso y al combinarse ambos elementos forman el sulfuro de manganeso que no tiene ninguna influencia en la formación de grafito o cementita. Cuando el azufre existe en exceso en una fundición con poco manganeso forma con el hierro el sulfuro de hierro que favorece la formación de cementita y tiende a blanquear la fundición. En las fundiciones el contenido de azufre suele variar de 0,010 a 0,20 %. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

33. Fósforo: se suele añadir a veces intencionalmente con el objeto de favorecer su colabilidad y se emplea cuando se quiere fabricar piezas de forma complicada o de carácter decorativo u ornamental. El fósforo no ejerce influencia muy sensible sobre la grafitización y se opone a ella. La presencia de fósforo da lugar a un aumento de la fragilidad y de la dureza. Un contenido normal en fósforo es de 0,15 % empleándose contenidos más bajos cuando se desea obtener alta resistencia y más elevados, de 0,5 a 1,5 % cuando se desea alta colabilidad. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

34. Manganeso: se opone a la grafitización del carbono y favorece la formación de cementita. Tiende a blanquear las fundiciones y a aumentar su dureza dificultando la mecanización. Suelen contener de 0,4 a 1,5 % de manganeso. El manganeso con el azufre forma inclusiones de sulfuro de manganeso y éste neutraliza el azufre evitando la formación se sulfuro de hierro. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

35. Oxígeno: es un antigratificante enérgico que se encuentra presente en mayor o menor cantidad en todas las fundiciones. Se presenta principalmente en forma de inclusiones no metálicas, muchas submicroscópicas, de óxido de hierro, de manganeso, de aluminio y de silicio. El porcentaje de oxígeno suele variar de 0,002 a 0,020 %. Con altos porcentajes de oxígeno la colabilidad del metal disminuye mucho, se producen rechupes importantes y la estructura puede sufrir sensibles modificaciones. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

36. Hidrógeno: se presenta también casi siempre como impureza gaseosa en las fundiciones y dar lugar a porosidades en las piezas cuando el porcentaje es importante. Suele provenir de la humedad de los moldes, del vapor de agua contenido en el aire soplado, de la humedad del coque. La solubilidad del hidrógeno en la fundición aumenta con el porcentaje de silicio. Las fundiciones altas en silicio suelen ser más porosas que las de bajo contenido. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

37. Fundiciones aleadas Son las que contienen Ni, Cr y Mo, Cu, entre otros componentes, suficientes para mejorar las propiedades mecánicas o para comunicarles alguna propiedad especial., como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor. Los elementos de aleación modifican la microestructura de las fundiciones y con esto su dureza y resistencia.. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

38. El silicio, aluminio, níquel y cobre que se disuelven en ferrita la endurecen y hacen aumentar su resistencia. Son elementos que favorecen la grafitización. El cromo, magnesio y molibdeno son formadores de carburo, tienden a formar fundición blanca y dificultan la grafitización. El níquel, el manganeso y el cobre aumentan la estabilidad de la austenita y favorecen la formación de una matriz austenítica. El silicio y el aluminio aumentan la estabilidad de la ferrita y favorecen la formación de fundiciones de matriz ferrítica. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

39. Aluminio: Al aumentar el aluminio de 2 a 4 % la acción gratificante decrece hasta 0. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

40. Titanio: con 0,1 a 0,2 % produce una acción gratificante más intensa que el silicio, mientras que para mayores porcentajes su acción es inferior. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

41. Cobre: la acción gratificante baja hasta 0,05 % cuando los contenidos en carbono son mayores de 3 %. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

42. Manganeso: Por debajo de 0,8 % la acción de Mn es menos intensa. Puede llegar a favorecer la formación de grafito por debajo de 0,6 % si se combina con el azufre. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

43. Molibdeno: Porcentajes inferiores a 0,8 % tienen una acción más débil y contenidos más elevados tienen una acción más intensa. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

44. Cromo: estabiliza la cementita y evita la grafitización. Reduce ligeramente el tamaño de las láminas de grafito y afina y aumenta la dureza de la matriz. Se fabrican fundiciones con 12 a 30 % para resistir a la corrosión y altas temperaturas. Forma carburos de cromo que son muy estables a alta temperatura. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

45. Níquel: facilita la grafitización, se disuelve en el hierro y disminuye la estabilidad del carbono. Aumenta la dureza y resistencia de la matriz y reduce el tamaño de las láminas de grafito y el tamaño del grano, evita formación de fundición blanca en las esquinas y secciones delgadas de las piezas y mejora su maquinabilidad. Para la fabricación de fundiciones de alta resistencia (35 a 50 Kgf/cm2) se suele emplear de 0,5 a 3 % de Ni. De 3,5 a 5 % se emplea para obtener fundiciones martensíticas de elevada dureza y más de 15 % para fabricar fundiciones austeníticas muy resistentes a la corrosión y al calor. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

46. Clasificación de las fundiciones aleadas Prof. Ing. Roberto Bozzolo

47. 1° Fundiciones de baja y media aleación: se caracterizan por tener pequeñas cantidades de Ni, Cr, Mo y Cu, generalmente en porcentajes inferiores a 5 %. Son fundiciones de alta resistencia a la tracción (25 a 50 Kgf/cm2). Suelen ser de estructura perlítica, sorbítica, bainítica y martensítica. Pertenecen también a este grupo de fundiciones de baja aleación a las que poseen de 1 a 2 % de cromo resistentes al calor y las martensíticas muy resistentes al desgaste. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

48. 2° Fundiciones de alta aleación: agrupan todas las demás clases. En esta familia se agrupan las muy resistentes al desgaste, al calor y a la corrosión y cuya microestructura suele ser austenítica o ferrítica. Prof. Ing. Roberto Bozzolo

49. Tratamientos térmicos de las fundiciones Prof. Ing. Roberto Bozzolo

50. Recocido • Suelen aplicarse tres tipos: • de eliminación de tensiones • de ablandamiento • de maleabilización. Prof. Ing. Roberto Bozzolo