f.g. esferoidal
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INDICE
1) RESUMEN 2
2) FUNDICIÓN GRAFITO ESFEROIDAL: 3
3) LOS PROCESOS PARA LA FABRICACIÓN DE FUNDICIONES DE GRAFITO
ESFEROIDAL 4
3.1) INOCULACIÓN 6
3.2) NODULIZACIÓN 7
4) MECANISMO DE SOLIDIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES NODULARES9
5) PROPIEDADES DE LAS FUNDICIONES DÚCTILES 12
5.1) MODIFICADORES DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE
LAS FUNDICIONES DE HIERRO DÚCTIL 12
A) EFECTOS DE LA FORMA Y TAMAÑO DEL GRAFITO 14
B) EFECTO DE LA DENSIDAD DE NÓDULOS 15
6) TRATAMIENTOS TÉRMICOS 17
7) MICROESTRUCTURA DE UNA FUNDICION DE GRAFITO ESFEROIDAL 19
7.1) COMPOSICION QUIMICA DE UNA FUNDICION DE GRAFITO
ESFEROIDAL 19
7.2) CONSTITUYENTES MICROESTRUCTURALES 22
8) TIPOS DE FUNDICION NODULAR 24
9) APLICACIONES 25
10) BIBLIOGRAFÍA
RESUMEN
La fundición dúctil, nodular o esferoidal se caracteriza porque en ella el grafito
aparece en forma de esferas diminutas o minúsculas y así la continuidad de la
matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar,
esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la
fundición gris ordinaria. La fundición esferoidal se diferencia de la fundición
maleable en que comunmente se obtiene directamente en bruto de colada sin
necesidad de tratamiento térmico posterior.
Este tipo de fundición se elabora en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y
chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La gran parte del contenido de
carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura
nodular, el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad
de materiales como cerio, magnesio, o ambos. Esta micro estructura genera
propiedades deseables como buen maquinado, buena fluidez para la colada,
resistencia, alta ductilidad, tenacidad y buena endurecibilidad.
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FUNDICIÓN DE GRAFITO ESFEROIDAL O DÚCTIL
1) INTRODUCCIÓN:
En el año 1948, Morrogh y Williams fabricaron directamente de la fusión sin
posterior tratamiento térmico una fundición con grafito esferoidal. La principal
característica del proceso consistía en añadir ciertas cantidades de cerio y una
aleación grafitizante como el ferro-silicio, aumentando la porción de grafito
esferoidal, llegándose incluso a evitar totalmente la aparición de grafito laminar.
En 1949, las investigaciones de Gaguerin, Millis y Pilliny condujeron a la
fabricación de fundición con grafito esferoidal por medio de una adición de
magnesio. Señalando que debe quedar por lo menos 0,04% de magnesio en la
fundición para conseguir que todo el grafito sea esferoidal directamente de la
colada con una resistencia a la tracción aproximadamente de unos 70kg/mm2 y un
alargamiento del 3%. Siendo sensibles de mejoramiento luego de someterla a
tratamiento térmicos.
Para lograr una adición precisa de cerio se necesita:
- Que la fundición solidifique gris e hipereutéctica sin adición de cerio.
- Que el contenido de silicio de la fundición sea superior a 2,37% y el contenido
de azufre debe ser muy bajo sin exceder a 0,02%.
- El contenido de fosforo no debe exceder de 0,6%, siendo preferible que permanezca
inferior a 0,1%.
2) FUNDICIÓN GRAFITO ESFEROIDAL:
También se conoce como hierro dúctil, hierro de grafito esferoidal, hierro esferulítico; en
este tipo de hierro fundido el grafito se encuentra presente como pequeñas bolas o
esferoides las cuales interrumpen con menor brusquedad la continuidad que las hojuelas
de grafito en de un hierro gris, dando como resultado una mayor resistencia y tenacidad,
comparada con una estructura semejante a la del hierro gris. El hierro fundido nodular
difiere del maleable en que generalmente se obtiene como resultado de la solidificación y
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no requiere de tratamiento térmico. Las esferoides son más redondas que los agregados
irregulares de carbono revenido encontrados en el hierro maleable, como podemos
observar en la siguiente figura:
3) LOS PROCESOS PARA LA FABRICACIÓN DE FUNDICIONES DE GRAFITO
ESFEROIDAL
Las fundiciones nodulares se fabrica tratando el hierro líquido bajo en azufre
(0,02% en peso) en cuchara, con un aditivo que contiene magnesio (0,04 a 0,06% en
peso) para luego ser inoculado usando una aleación de silicio minutos antes de ser
vertido. En general los rangos de composición química son similares a los de la
fundición gris, pero en este caso existe un importante número de diferencias.
Para obtener la mejor combinación de resistencia, ductilidad y tenacidad, la materia
prima debe ser escogida de modo que sea baja en impurezas.
Particularmente deben evitarse aquellos elementos que promuevan la reacción
perlítica de la matriz.
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Fig. 1 Hierro Nodular, sin estar atacado químicamente, que muestra esferoides de grafito, 125 x ( The International Nickel Company).
El elemento que controla el tipo de matriz es el manganeso, si se pretende
conseguir una matriz ferrita de colada, el contenido de manganeso no debe
superar el 0,2% y si se desea obtener una matriz perlítica sin la utilización de
tratamientos térmicos, el contenido de manganeso debe alcanzar el 1% en peso.
Los tipos de fundiciones nodulares que se fabrican con mayor frecuencia se rigen por la
norma ASTM A536, la cual establece cinco grados de acuerdo a sus propiedades
mecánicas, como observaremos más adelante en la Tabla 2.
La fundición nodular tiene varios usos estructurales, particularmente aquellos que
requieren resistencia y tenacidad combinados con buena maquinabilidad y bajo
costo.
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Tabla 1: De composición química de porcentaje en peso.
Fig. 2 Comparación de una fundición de grafito esferoidal con una fundición gris a 100x de aumento.
Los procesos para la fabricación de fundiciones nodulares son:
Inoculación.
Nodulización.
3.1) INOCULACIÓN
Este tratamiento se realiza poco antes del colado y consiste en la adición de
elementos inoculantes ricos en silicio con el objeto de promover la formación de
grafito durante la solidificación y disminuir el sub-enfriamiento. Se debe recordar
que el exceso de inoculantes puede provocar porosidades e inclusiones,
disminuyendo la calidad de las piezas fundidas.
Inoculantes utilizados:
Los inoculantes más eficaces son los que tienen: zirconio, bario, estroncio y tierras raras
como el Cerio, cuya cantidad depende de las condiciones grafitizantes de la colada y de
variables del proceso.
Para la inoculación de fundiciones nodulares generalmente se utilizan de 0,5 a
1,0% de ferrosilicio (Fe – Si) con aproximadamente un 75% de Si, o de 0,3 a 0,6% de
inoculantes más eficaces.
Variables que afectan la inoculación.
Composición del material base: Se refiere a la cantidad de carbono
equivalente (CE) y porcentajes residuales de impurezas. Cuanto mayor CE,
mayor es la tendencia grafitizante de la colada.
Temperatura de inoculación: Debe ser equilibrada; si es muy alta puede
destruir los centros efectivos de nucleación y si es muy baja la disolución de estas
partículas es incompleta.
Cantidad de inoculante: Para una misma composición química final e igual
técnica de inoculación, el aumento de la cantidad de inoculante aumenta el
número de nódulos de grafito.
Estado de la superficie de la colada: Antes de proceder a la inoculación es
necesario retirar la escoria porque esta es rica en óxidos y parte del
inoculante se emplearía en reducirlos.
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Tiempo transcurrido entre la inoculación y solidificación: La eficiencia del
inoculante va disminuyendo con el tiempo; por lo tanto el subenfriamiento va
aumentando durante la solidificación, así como también la posibilidad para la
formación de carburos en la estructura.
Granulometría de las partículas introducidas: Las partículas de inoculante
deben ser lo suficientemente grandes para que no se oxiden o floten antes de que
cumplan su cometido; y no muy pequeñas ya que pueden disolverse rápidamente.
Tipo de inoculante.
Técnica de inoculación.
3.2) NODULIZACIÓN
Para obtener grafito esferoidal se recomienda porcentajes de magnesio entre 0,04 y
0,08%, siempre y cuando el porcentaje de azufre sea bajo. Si el porcentaje de
magnesio supera el 0,1% la forma del grafito que se precipita es degenerada.
El rango de temperaturas recomendado para este proceso va desde 1470ºC y
1510ºC. Si se sobrepasa de este, el rendimiento del magnesio disminuye por
oxidación y volatilización. Si la temperatura es menor a este rango se corre el
riesgo de precipitación de cementita.
Porcentajes entre 0,02 y 0,04% de cerio serían suficientes para la obtención de
estructura totalmente nodular. Si se usa calcio se recomienda porcentajes entre
0,01 y 0,02%.
Los elementos nodulizantes deben poseer características como:
Gran afinidad con el azufre y el oxígeno para reducirlos mediante la
formación de compuestos más estables.
Baja solubilidad en el hierro fundido.
Gran tendencia para la segregación durante la solidificación.
Cierta afinidad con el carbono y una baja solubilidad en el grafito.
Si la colada presenta cantidades considerables de azufre es recomendable realizar
una desulfuración antes del tratamiento de nodulización; en vista de su gran
afinidad con el magnesio.
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4) MECANISMO DE SOLIDIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES
NODULARES:
La solidificación es básicamente un proceso de nucleación así como crecimiento de
las fases austenita, grafito y cementita.
La nucleación es un proceso térmicamente activado, siendo indispensable algo de
subenfriamiento con respecto a la temperatura de equilibrio para que se forma en
los primeros núcleos.
El diagrama Fe–C, consta de dos puntos eutécticos; con un mayor porcentaje de
silicio el intervalo de las temperaturas de los dos eutécticos aumenta y disminuye la
posibilidad de que una colada solidifique en el sistema meta estable.
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Figura 3.- Curva de enfriamiento para una fundición nodular hipoeutéctica
5) PROPIEDADES DE LAS FUNDICIONES DÚCTILES:
Entre las exclusivas propiedades de la fundición nodular se incluyen la facilidad
para realizar tratamientos térmicos, ya que el carbono libre de la matriz se puede
disolver a cualquier nivel para ajustar su dureza y propiedades mecánicas. El
carbono libre puede ser endurecido selectivamente por temple a la llama, inducción,
método laser o haz de electrones. De este modo, un recocido de 3 horas a
650°C puede otorgar tenacidad a las bajas t emperaturas. También se puede al
realizar un austemperado para obtener una fundición ADI, la cual posee un alto límite
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Fig. 4 Diagrama de fases de Fe-C con grafito en lugar de cementita como fase estable.
de fluencia, gran resistencia a la fatiga, alta tenacidad y excelente resistencia al
desgaste.
La fundición nodular es menos densa que el acero y la diferencia de peso entre
ambos puede llegar al 10% en el mismo espesor.
Según Barreiro este tipo de fundiciones presenta resistencias comprendidas entre
45 y 90kg/mm2, siendo posibles compararlas con el acero semiduro. Su módulo de
elasticidad es de 17500kg/mm 2, siendo un valor un poco menor al módulo de
elasticidad de los aceros pero superior al de las fundiciones ordinarias.
Los valores más altos de ductilidad en este tipo de materiales se consiguen en
estado recocido de ferritización observando valores de resistencia a la tracción del orden
de 50kg/mm2 y alargamiento de 15% aproximadamente.
Si es de interés propiedades de alta resistencia con valores intermedios de
ductilidad, se puede realizar tratamientos de normalizado y revenido o de temple y
revenido, obteniendo R = 80kg/mm2, A = 2% y R = 90Kg/mm2, A = 1,5%
respectivamente, Figura 5:
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Figura 5.- Características mecánicas de las fundiciones con grafito esferoidal en diferentes estados de tratamiento. [Barreiro, 1987]
La resistencia a la fatiga o límite de fatiga en las fundiciones nodulares está
influenciada por factores como: resistencia mecánica; forma, tamaño y distribución de los
nódulos de grafito; porcentaje de inclusiones y carburos; cantidad y localización de
porosidades. Siendo importante considerar esta característica mecánica al momento
de diseñar piezas que vayan a soportar cargas cíclicas. Por otro lado también es
importante mencionar que la capacidad de amortiguamiento juega un papel importante
en el diseño mecánico moderno; una alta absorción de este tipo de energía reduce el
sonido emitido por partes de una máquina sometidas a cargas cíclicas.
“La capacidad de amortiguamiento de las fundiciones de hiero dúctil es
aproximadamente 6,6 veces la del acero y alrededor de 0,12 veces la capacidad de la
fundición gris. La resistencia mecánica a la torsión que es aproximadamente el 90%
de la resistencia a la tracción. Los valores del límite de proporcionalidad y del esfuerzo
de fluencia más confiables son los obtenidos a través del ensayo que normalmente
son el 75%, de sus similares obtenidos en el ensayo de tracción.”
NORMA ASTM – A536
Los tipos de fundiciones nodulares que se fabrican con mayor frecuencia se rigen por la
norma ASTM A536, la cual establece 5 grados de acuerdo a sus propiedades mecánicas.
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5.1) MODIFICADORES DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS
FUNDICIONES DE HIERRO DÚCTIL
a) Efectos de la forma y el tamaño del grafito:
Principalmente podemos notar que el grafito en forma de hojuela puede variar
considerablemente la resistencia a la tracción cuando este es comparado con el
grafito en forma de nódulo, siendo más conveniente el grafito en forma nodular,
además de ser de forma nodular es conveniente que los nódulos de grafito sean
pequeños y dispersos para evitar que formen micro concentradores de esfuerzos y así
conseguir valores de resistencia a la tracción superiores en comparación con otros
tipos de fundiciones y valores muy cercanos al acero.
En la Figura 6, se muestra la relación entre la resistencia mecánica y el
porcentaje de nodulización en una fundición de hierro dúctil de matriz ferrítica.
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Un bajo porcentaje de nodulización reduce la resistencia al impacto, la resistencia a la
fatiga, capacidad de amortiguamiento, la resistividad eléctrica; mientras que aumenta
la conductividad térmica principalmente.
La norma ASTM A 24725, establece un método que consiste en la comparación de la
forma del grafito observada en la muestra (superficie de una probeta metalográfica)
con las formas de las microestructuras ideales estándar que se muestran en la
norma, Figura 7.
En la Figura 7 y la Tabla 3, Clasificación de la morfología del grafito según ASTM
A 247. Las partículas de grafito son designadas por números y letras,
proporcionando una descripción del tamaño, tipo y forma del grafito.
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Figura 6.- Efecto de la nodulización en el contenido de carburos sobre el esfuerzo a las fluencia de fundiciones nodulares de matriz perlítica [SOUZA, 1997]
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Figura 7.- Estandarización ASTM de formas de grafito en las fundiciones
b) Efecto de la densidad de nódulos
Se define como la relación entre la cantidad de nódulos y el área cuantificada
(mm2); esta relación proporciona información de la calidad del proceso de
elaboración. El valor de esta relación es inversamente proporcional al tamaño de los
nódulos, en la figura 8 se puede apreciar distintas densidades y tamaños de nódulos,
siendo conveniente, como se dijo anteriormente, la presencia de nódulos pequeños y
dispersos para asegurar características mecánicas adecuadas.
Las propiedades mecánicas no se ven directamente afectadas por la densidad de nódulos
en la matriz, la influencia que estos ejercen es sobre los microconstituyentes de la
misma, siendo una consecuencia la variación de las propiedades del material.
La cantidad de nódulos está relacionada con el porcentaje de perlita, cuando
precipitan una mayor cantidad de nódulos el contenido de perlita disminuye, como
resultado de esta disminución se registra una menor resistencia a la tracción y un
incremento en la ductilidad. Además el contenido de nódulos modifica la
homogeneidad de la matriz, a mayor densidad de nódulos se reduce la
segregación de elementos que podrían ser los iniciadores de carburos intercelulares
que degeneran la morfología del nódulo.
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Figura 8.- Densidad de nódulos de grafito
6) TRATAMIENTOS TÉRMICOS
La microestructura de las fundiciones grafito esferoidal pueden estar constituidas según
sean los tratamientos, por ferrita, por ferrita y perlita, por perlita, por martensita y por
martensita revenida o vainita. Para conseguir estas microestructuras y con ellas diversos
niveles de dureza, resistencia, tenacidad y ductilidad, se dan a estas fundiciones los más
diversos tratamientos empleándose según los casos recocidos, normalizados, recocidos
de eliminación de tensiones, temples y revenidos, austempering o endurecimientos
superficiales por inducción, flameado, etc.
El empleo de elementos de aleación tiene mucha importancia para la fabricación de
piezas de bastante espesor, ya que en algunos de esos tratamientos tiene una influencia
notable la templabilidad del material que depende precisamente en gran parte de la
presencia de elementos de aleación.
A continuación se señalan las principales particularidades de todos estos tratamientos.
RECOCIDO PARA ELIMINACIÓN DE TENSIONES: Como en ocasiones las
piezas en bruto de fusión suelen quedar con tensiones residuales suele ser
conveniente darles un recocido subcrítico de eliminación de tensiones.
Estos recocidos de suelen hacer a temperaturas variables de 525 a 675°
empleándose las bajas temperaturas cuando debe evitarse el ablandamiento de
las piezas y en cambio las temperaturas más altas cuando no importa que
disminuya la dureza o la resistencia y, en cambio, interesa mucho la eliminación
de las tensiones residuales.
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Figura 9.- Ensayo de torsión de dos barras de sección cuadrada de fundición de grafito esferoidal. Sorprende la torsión que admiten. Una fundición ordinaria se rompe al hacerse este ensayo. Se observa que la barra recocida R(A=15%) admite mayor torsión que la barra de bruto B (A=3%)
RECOCIDO: Cuando interesa obtener en las piezas de fundición nodular la
máxima ductilidad o la máxima maquinabilidad, es necesario darles un recocido de
grafitización que sirva para obtener una microestructura de ferrita y grafito
esferoidal. El recocido debe hacerse es dos fases:
- Primera Fase: Se calienta la fundición por encima de la zona crítica para que se
disuelvan todos los carburos en la austenita.
- Segunda Fase: Se enfría lentamente para que la austenita se transforme en ferrita,
y el carbono se precipite en forma de grafito alrededor de las partículas de grafito
esferoidal ya existentes. La temperatura crítica que se debe alcanzar depende de
la composición del metal pero varía muy poco de unos casos a otros, pudiendo
variar ligeramente la temperatura con los elementos de aleación.
En la práctica se suelen seguir tres ciclos de recocido diferentes que citamos a
continuación:
a) Calentamiento a 900°, con permanencia a temperatura de una a tres horas y
enfriar sin precauciones especiales hasta 690°, manteniendo esa temperatura
durante 5 a 8 horas. La permanencia a temperatura variará con el espesor de las
piezas.
b) Calentamiento a 900° como en el caso anterior y enfriamiento dentro del horno
hasta 650° de forma que el enfriamiento entre 790 y 650 ° se haga a una
velocidad inferior a 15° hora.
c) Calentamiento a 925° con enfriamiento rápido al aire hasta 600°, seguido de un
ligero calentamiento para realizar un recocido isotérmico a 720° durante seis horas
con enfriamiento final al aire.
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Figura 10 x500.- Microestructura de una fundición dúctil templada. Los esferoides de grafito aparecen sobre un fondo de agujas de martensita.
En la Figura10 puede observarse la microestructura de una fundición dúctil en
bruto de colada, que está constituida por grafito esferoidal rodeado por ferrita en
forma de aureolas y masas de perlita.
NORMALIZADO Y REVENIDO: el normalizado consiste en calentar las piezas
hasta austenizar y enfriarlas luego al aire. De esta forma se consigues muy
buenas características mecánicas. Las temperaturas del normalizado suelen variar
de 875 a 925°. La microestructura que se obtiene por normalizado depende de la
composición de las piezas y de la velocidad de enfriamiento que a su vez es
función de la temperatura y del espesor de las piezas. Con el normalizado se
obtiene en general una estructura homogénea de perlita fina. Después del
normalizado se suele dar a las piezas un calentamiento subcrítica que suele recibir
el nombre de revenido porque con él se disminuye la dureza y se reducen las
tensiones internas que pueden aparecer en el normalizado de piezas de gran
espesor. El efecto del revenido en la dureza y resistencia depende de la
composición y del nivel de dureza que se obtiene en el normalizado.
TEMPLE Y REVENIDO: El temple de la fundición dúctil es parecido al temple de
los aceros, teniendo gran influencia la temperatura de austenización y el contenido
en silicio. Generalmente se emplean temperaturas variables de 850 a 925°. En
enfriamiento se hace generalmente en aceite para reducir al mínimo las tensiones
que pueden aparecer. Sin embargo en ocasiones también es utilizado el temple en
agua.
7) MICROESTRUCTURA DE UNA FUNDICION DE GRAFITO ESFEROIDAL
7.1) COMPOSICION QUIMICA DE UNA FUNDICION DE GRAFITO ESFEROIDAL:
CARBONO:
El contenido de carbono para hierro esferoidales varia entre 3 y 4.3%. Siendo el carbono
la base para la formación de esferoides de grafito, a mayor cantidad de carbono
corresponderá la formación de un mayor número de esferoides, aunque no debe
sobrepasar ciertos límites por encima de los cuales se puede presentar la flotación del
carbono. Este fenómeno se presenta debido a que la densidad del grafito es menor que la
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del hierro, lo que hace que los nódulos floten segregándose en la parte superior de la
pieza.
MANGANESO:
Este es un elemento antigrafitizante, el contenido de este en el hierro esferoidal es de 0.3
a 0.5%, a menos que se desee obtener una matriz completamente ferrítica, en cuyo caso
este elemento debe utilizarse a muy bajo nivel. Cuando se desea una matriz perlítica, este
elemento puede estar en cantidades que excedan el límite superior. Se debe anotar el
hecho de que siendo el manganeso un fuerte estabilizador de carburos, influye también
sobre el tamaño del esferoide impidiendo su crecimiento al disminuir la difusión de
carbono hacia los nódulos.
SILICIO:
El rango normal del silicio en el hierro esferoidal oscila entre 1.3 y 3.0%. Debido a que el
silicio afecta al carbono equivalente, también afecta el número de esferoides y la flotación
del grafito, el incremento del porcentaje de silicio desplaza en eutéctico hacia la izquierda.
Cuando se enfría una aleación hipoeutéctica fundida, se precipitan dendritas de austenita
hasta que se llega a la temperatura eutéctica, el líquido restante puede solidificar como
eutéctico metaestable de austenita y cementita, o como un eutéctico estable de austenita
y grafito. Un Silicio alto trae consigo la formación directa del grafito del producto estable.
El Silicio también trae consigo, en el hierro solidificado, la descomposición de cementita
sólida de acuerdo a la reacción:
Fe3C => 3Fe + C
Ya sea durante la solidificación normal en el molde o por medio de un tratamiento térmico
posterior. Esto puede aplicarse tanto a carburos perlíticos o eutectoides como a carburos
eutécticos. En la producción de hierro esferoidal es indispensable la inoculación que sigue
al tratamiento con Mg pero se ha podido observar una excelente grafitización sin
necesidad de inocular si se emplea una aleación de Mg-ferrosilicio, siempre y cuando el
tiempo transcurrido entre el tratamiento y la colada en el molde no se prolongue
demasiado, pues con el tiempo se redisuelven los nódulos en el baño, desvaneciéndose
la acción nodulizante del Mg. En los casos en que el volumen del metal fundido es
considerable se hace la adición de ferrosilicio, con el fin de provocar la vida del nódulo;
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cada vez que el metal se pase de una cuchara a otra se realiza esta misma acción
agregándole al chorro o en el fondo de la cuchara.
CROMO:
Es el elemento promotor de carburo que es agregado para lograr una buena resistencia a
la tracción y al desgaste, al calor, y a la corrosión. Sin embargo, promueve la formación
de carburos libros lo que representa su principal desventaja y cuyo efecto se ve
neutralizado por la adición de elementos garfitizantes al momento que se vaya a adicionar
este. La adición de cromo se puede realizar directamente en la cuchara cuando se va
agregar en proporciones bajas. Agregando el Cromo en porcentajes de 0.1-0.2% se afina
la perlita y el grafito en las fundiciones. Para 1% se logra una gran cantidad una gran
cantidad de carburos diseminados obteniendo así una fundición de alta dureza y una
matriz estable a altas temperaturas, cuando se agrega hasta 0.5% combinado con 0.2%
de Estaño se logra una alta estabilidad de la perlita a altas temperaturas y durante un
tiempo apreciable.
NIQUEL:
Durante la solidificación este elemento actúa como un grafitizante, pero en menor grado
que el Cobre y en el proceso de enfriamiento es un antiferritizante de menor poder,
tendiendo a formar diferentes estructuras según el porcentaje en que se agregue, así por
ejemplo, con adiciones de hasta 2% se obtiene una estructura perlítica y con adiciones de
4-8% se obtiene una estructura martensítica y con adiciones del 20% se obtiene una
estructura austenítica.
COBRE:
Este produce un endurecimiento de la ferrita que es considerado como un efecto directo,
pues, además, causa indirectamente la grafitización de la fundición durante la
solidificación en un término medio en comparación con el Silicio, el Cobre influye
negativamente en la rata de crecimiento del grafito tanto así que en altas proporciones
(3.2%) destruye completamente los esferolitos.
MAGNESIO:
Si la cantidad de Mg es insuficiente se promueve la formación de grafito laminar o
interdendrítico, con presencia de algunos nódulos en forma esporádica.
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Al aumentar el porcentaje de Magnesio residual se aumenta de igual forma la producción
de nódulos y aparecen a veces formas muy variadas de grafito, tales como rosetas,
láminas, etc. Cuando el Magnesio residual se encuentra en cantidades muy altas (por
encima de 0.18%) ocasiona la aparición de grafito en forma de espiga, diseminado entre
los nódulos deformados. Cuando el Magnesio residual se encuentra en la proporción
adecuada se presenta solo grafito en forma nodular y la presencia de otras formas de
grafito es casi nula.
7.2) CONSTITUYENTES MICROESTRUCTURALES
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Fig.11 Resumen de las microestructuras y fases del hierro fundido que coexisten a varias temperaturas.
8) TIPOS DE FUNDICION NODULAR
8.1) Fundición nodular de matriz ferrítica
Este tipo de fundición posee buena resistencia al impacto, excelente ductilidad así como
una resistencia mecánica y fluencia equivalente a un acero de bajo contenido de
carbono.
8.2) Fundición nodular de matriz ferrítica - perlítica
Este tipo de fundición requiere de menor control de las variables durante la
fabricación con respecto a la anterior por lo que su costo de producción es menor.
Posee propiedades mecánicas intermedias a las fundiciones completamente ferríticas
y perlíticas y excelente maquinabilidad. La microestructura que presenta es conocida
como ojo de buey.
8.3) Fundición nodular de matriz perlítica
La matriz perlítica confiere alta resistencia mecánica, buena resistencia al desgaste,
así como una moderada ductilidad y resistencia al impacto. La maquinabilidad es
superior comparada con aceros de similares propiedades físicas.
8.4) Fundición nodular martensítica
Este tipo de fundición se obtiene con la adición de elementos que evitan la
formación perlítica y un tratamiento térmico controlado. Su característica es la
elevada resistencia al desgaste, elevada dureza y fragilidad.
8.5) Fundición nodular austenítica
Se obtiene mediante la adición de elementos aleantes que estabilizan a la matriz
austenítica. Tiene excelente resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, buenas
propiedades magnéticas y estabilidad dimensional a elevadas temperaturas.
8.6) Fundiciones nodulares bainíticas
Se obtiene mediante un tratamiento térmico que consiste en el temple austenítico
(austempering) que proporciona una resistencia mecánica cercana al doble de la
fundición nodular de matriz perlítica, se caracteriza por su elevada ductilidad y
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tenacidad. Esta combinación de propiedades eleva la resistencia a la fatiga del
material.
9) APLICACIONES
La fundición nodular tiene varios usos estructurales, particularmente aquellos que
requieren resistencia y tenacidad combinados con buena maquinabilidad y bajo costo.
El contenido de grafito proporciona características de lubricación en engranajes móviles
debido a su bajo coeficiente de fricción. Las cajas de engranajes hechas de este material
funcionan con mayor eficiencia.
Sus aplicaciones se extienden principalmente a la fabricación de cilindros laminadores,
bancadas de máquinas, tubos, etc., tendiendo a remplazar la fundición maleable o el
acero moldeado. También empleadas en la industria petrolífera y en las industrias
químicas.
Estos materiales han experimentado en los últimos veinticinco años un gran aumento en
la producción, para aplicaciones como válvulas y cuerpos de bombas, engranajes,
rodillos, etc.
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En el mundo de la automoción se aplica con gran frecuencia para la fabricación de piezas
como bielas, cigüeñales, tapetas, volantes motor, colectores, turbocompresores, partes de
la transmisión, partes suspensión, partes dirección, piezas del sistema de frenado y
soporte de chasis.
VALOR AGREGADO DEL USO DE FUNDICIONES DE GRAFITO
ESFEROIDAL
Las piezas de fundición nodular que por desgaste han cumplido su vida útil, son una
atractiva alternativa para rehusarlas como materia prima barata para confeccionar
directamente otras piezas. Este proceso de reciclado de materiales requiere en muchos
casos nuevos y sucesivos tratamientos térmicos para su maquinado, la obtención de
propiedades mecánicas y microestructura adecuadas.
Para avanzar en este campo se hace necesario un estudio sobre el efecto de nuevos
tratamientos térmicos, particularmente normalizado y austemperizado, en las propiedades
mecánicas y la microestructura de una fundición nodular.
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Cigüeñal Colector Pinza frenoCarcasa turbina de
turbocompresor
- Aplicación en una Empresa de Fabricación
Empresa dedicada a la fabricación de válvulas y accesorios en hierro dúctil Fumosac bajo
normas, ISO, ANSSI, AWWA para redes de agua potable y alcantarillado además venta
de tubería de hierro dúctil.
PARA AGUA POTABLE
ISO 9001 Modelo de Garantía de Calidad en Producción, Instalación y Servicio.
ISO 2531-1991 Tuberías de hierro dúctil. Partes y accesorios para el sistema de tuberías
a presión.
BSEN 545-2002 Tuberías de hierro dúctil. Partes, accesorios y sus uniones para el
sistema de tuberías de agua, Requerimientos y métodos de prueba.
26
VálvulasGrifos contra incendios
Marcos y tapas de registro
Espec i f i cac iones estándar para e l : contro l de ca l idad
ISO 4179 -1985 Tuberías de hierro dúctil para el sistema de tuberías a presión y sin
presión Requerimientos generales.
ISO 8719- 1995 Tuberías de hierro dúctil. Cubierta externa de zinc.
BS 3416-1991 Especificación de cubiertas con betumen para aplicaciones frías,
apropiadas para uso en contacto con agua potable.
ISO 4633-1996 Sellos de caucho. Anillos de unión para suministro de agua. Sistema de
tuberías de desagüe y drenaje Especial para materiales.
ISO 8180 1985 Tuberías de hierro dúctil manguito de polietileno.
EN681-1 Sellos elastoméricos requerimientos de material para sellos de unión de tuberías
usado en aplicaciones de agua y drenaje.
PARA APLICACIÓN DE DESAGÜE
BSEN 598-1994 Tuberías de hierro dúctil. Partes, accesorios y sus uniones para el
sistema de tuberías de desagüe, Requerimientos y métodos de prueba.
ISO 4633-1996 Sellos de caucho. Anillos de unión para suministro de agua. Sistema de
tuberías de desagüe y drenaje Especial para materiales.
EN681-1 Sellos elastoméricos requerimientos de material para sellos de unión de tuberías
usado en aplicaciones de agua y drenaje.
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BIBLIOGRAFÍA
FLINN, Richard. “FUNDAMENTOS DE LA FUNDICIÓN DE MATERIALES”.
1° Edición. Editorial Revertte S.A. España, 1957.
CAPELLO, Edoardo. “TECNOLOGIA DE LA FUNDICIÓN” Editorial Carlo
Signorelli S.A. Milán. 1968
APRAIZ, José “FUNDICIONES” Editorial Limusa. Madrid. 1998. Pag. 143 -
148
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