fundiciones y moldajes iem 2016
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guia de proceso de fabricacionTRANSCRIPT
FUNDICIONES DE USO
METALÚRGICO
UNIDAD I
Profesor: Hernán Jaime M.
Procesos de Fabricación
CUADRO GENERAL DE LAS
DIVISIONES DE ALEACIONES
FERROSAS MÁS COMUNES
ORIGEN DE LAS FUNDICIONES FERROSAS
Las fundiciones
comunes son
en realidad, una aleación
compuesta por Fe-C-Si-
Mn como constituyentes
principales.
Diagrama de Fases del Fe – Fe3C
Las fases en las que se puede encontrar la aleación Hierro-Carbono
dentro del diagrama de equilibrio son:
: solución sólida de Fe-α, con composición máxima del 0,025% de C
a 723º C y de 0,008% a temperatura ambiente.
solución sólida de Fe-γ, con composición máxima del 2% de C, a
1130ºC
, compuesto definido con formula Fe3C de estructura
ortorrómbica, compuesto por 6,67% de C y 93.33% de Fe. Es magnética
hasta los 210º C.
, constituyente compuesto por un 86,5% de Ferrita y 13,5% de
Cementita, de estructura laminar.
, constituyente eutéctico con composición 4,3% de Carbono y
95,7% de Hierro.
Aleaciones Ferrosas Aceros.
Aceros bajos en carbono.
Aceros medio en carbono.
Aceros altos en carbono.
Aceros Alta aleación, Inoxidables.
Fundiciones.
Fundición gris.
Fundición dúctil o nodular
Fundición maleable
Fundición Blanca
FUNDICIONES
FERROSAS
Fundiciones
La tendencia a la
grafitización se regula
mediante la composición y
la velocidad de
enfriamiento.
La presencia de silicio, en
porcentajes superiores al
1% facilitan la grafitización
al igual que la velocidad
más lenta durante la
solidificación.
Diagrama Fe-C con 2,5% Si
Tipos de Fundiciones
Las fundiciones se clasifican en:
Gris.
Dúctil o Nodular
Blanca.
Maleable.
FUNDICIÓN GRIS
Componentes
químicos:
- C 2.50-4.00%
- Si 0.90-1.40%
- Mn 0.25-0.55%
- P <0.18%
- S 0.06-0.12%
El Si es un elemento grafitizante:
Fe3C ↔ 3Fe + C
el Si desplaza hacia la derecha 0.30%
de C por cada 1% de Si.
•El azufre forma FeS, que se reduce
por la presencia de Mn
FeS + Mn ↔ Fe + MnS
Fundición Gris y Sus
Transformaciones
Metalográficas
Diagrama Simplificado Fe-C con 2,0% Si
Estable :
Enfriamiento lento
→ Grafito
Metaestable:
Enfriamiento rápido
→ Cementita
FUNDICIONES de Hierro
a) Fundición gris; escamas de grafito oscuras
embebidas en una matriz ferrítica α (500X)
b) Fundición dúctil o nodular; los esferoides oscuros
de grafito están embebidos en una matriz ferrítica α
(200X)
c) Fundición Blanca; las regiones claras de
cementita están rodeadas por perlita, estructura
laminar de α y cementita (400X)
d) Fundición Maleable; grafito oscuro en forma de
rosetas rodeadas de una matriz ferrítica α (150X)
Morfología Típica de Microestructuras
En Diferentes Tipos de Fundiciones
MICROESTRUCTURAS TÍPICAS DE FUNDICIONES FERROSAS
Microestructura de un Fe Fdo Gris Microestructura de un Fe Fdo Nodular
Fundición Gris Los contenidos de carbono y silicio de una fundición gris varían entre 2,5 a
4,0% y 1,0 a 3,0% respectivamente.
El grafito aparece a la forma de escamas o láminas, dentro de una matriz
de ferrita o de perlita.
El nombre de la fundición gris procede del color de la superficie fracturada.
Son frágiles y poco resistentes a la tracción; pues las láminas de grafito
actúan como concentradores de tensión. La resistencia a los esfuerzos de
compresión y la ductilidad son muy superiores. Tienen una alta resistencia
al desgaste. Es uno de los materiales metálicos más baratos.
A Temperatura de colada poseen elevada fluidez, lo que permite moldear
piezas de formas intrincadas y también presentan poca contracción.
Tienen buena maquinabilidad
Poseen efectividad de amortiguamiento de vibraciones.
Se usan en bancadas de máquinas y equipos que vibran.
Forma laminar del grafito en la fundición gris
El tamaño de las
láminas de grafito se
regulan al agregar
inoculantes, estos
son: calcio, aluminio,
titanio y el circonio, el
carburo de Si y el
siliciuro cálcico.
CLASES DE F. GRIS Y PROPIEDADES MECÁNICAS
Fundición Dúctil o Esferoidal
Se forma a partir de la fundición gris al agregar al estado líquido
elementos de aleación como el cerio y/o magnesio. Formándose en
lugar de escamas, esferoides.
La matriz que rodea los esferoides de grafito es ferrita o perlita
dependiendo del tratamiento térmico. Si es moldeada es perlita, sin
embargo un calentamiento de varias horas a 700°C la transforma en
ferrita.
La fundición esferoidal es más resistente y más dúctil que la gris,
tiene propiedades mecánicas parecidas a las del acero.
La fundición dúctil ferrítica tiene una resistencia a la tracción de
380-480 MPa y una ductilidad del 10-20%. Este material se utiliza
para fabricar válvulas, cuerpos de bombas, cigüeñales, pistones y
otros componentes de maquinarias.
Fundición Dúctil o Esferoidal
Para obtener la fundición
nodular es necesario
mantener el S < 0.015%, esto
se logra al agregar CaO
FeS + CaO ↔ Fe + CaS +
SO2
Los nódulos de grafito se
obtiene al agregar Mg y Ce
al metal en estado líquido
Componentes químicos:
- C 2.50 -4.00%
- Si 0.90 - 1.40%
- Mn 0.25 - 0.55%
- P < 0.18%
- S < 0.015%
MICROESTRUCTURAS TÍPICAS DE FUNDICIÓN
NODULAR
Microestructura de un Fe Fdo Nodular de
Matriz Ferrítica a 125 aumentos
Microestructura de un Fe Fdo Nodular de
Matriz Perlítica a 250 aumentos
PROPIEDADE MECÁNICAS DE LA FUNDICIÓN
NODULAR
Las propiedades mecánicas del hierro nodular son función de su
microestructura y estas se pueden obtener sin mucha dificultad.
La clasificación más usada de las fundiciones nodulares se muestra en
la tabla 1.
Tabla 1 – Clasificación del
Hierro Nodular
Las fundiciones 65-45-12 y
80-55-06 son las más usadas
en el mercado mundial
FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA ESTRUCTURA Y
PROPIEDADES DEL HIERRO NODULAR
La estructura de la fundición nodular depende ppalmente.
de la composición química y de su velocidad de
enfriamiento. Además depende también de otros factores
tales como la Ta de sobrecalentamiento, el tiempo de
mantenimiento a esa Ta, la práctica de procesos tales
como la inoculación, esferoidización o agitación del baño,
el tipo de horno y el tipo de material usado en la carga.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE REFERENCIA
Composición Química Aprox. de Varios Tipos de Fe Nodulares
Fundiciones Blancas La mayoría del carbono se encuentra en la forma de cementita.
Esta fundición se forma a bajo carbono, con menos de 1% de silicio
y a elevadas velocidades de enfriamiento.
La superficie de la rotura tiene una tonalidad blanca.
Es extremadamente dura y frágil hasta el punto de ser casi no
mecanizable.
Su aplicación se limita a componentes de gran dureza y resistencia
al desgaste sin ductilidad como por ejemplo rodillos de laminación,
carcazas de bombas de pulpas, liners de molino de bolas que
operan por abrasión (sin impacto), bolas para la industria del
cemento, etc.
Sirve como producto de partida para la producción de fundición
maleable.
Micrografía de fundición blanca mostrando una
microestructura consistente de perlita, cementita
y ledeburita
La ledeburita no es una fase sino que
una mezcla de fases, γ + Fe3C
CLASIFICACIÓN DE LAS
FUNDICIONES BLANCAS
La norma ASTM A-53 entrega una clasificación de las
fundiciones blancas
Norma ASTM A-53
Fundición Maleable Se obtiene a partir de la fundición blanca, calentándola a
temperaturas comprendidas entre 800-970°C durante
periodos prolongados de tiempo (hasta 20 h) y bajo
atmósfera neutra (no oxidante), la cementita se
descompone y forma grafito en forma de rosetas dentro de
una matriz perlítica o ferrítica, según sea la velocidad de
enfriamiento.
Posee resistencia relativamente alta, y apreciable
maleabilidad, debido a la ausencia de un carburo duro y
quebradizo.
Se utiliza en tubos de dirección, engranajes de
transmisión, válvulas, etc.
Fundición Maleable, Composición y
Designación ASTM El tratamiento térmico realizado a la fundición blanca transforma el
carburo de Fe en un carbono revenido (una forma de grafito).
Element Content, %
Carbon (TC) (a) 2.2–2.9
Manganeso 0.2–0.6
Silicio 0.9–1.9
Azufre 0.02–0.2
Fósforo 0.02–0.2
(a) Carbon es expresado como carbono
total,TC.
Composición Típica de Fundición
Maleable
Designación ASTM para Tipos de
fundición malleable
A 47 Ferritic malleable iron castings
A 197 Cupola malleable iron
A 220 Pearlitic malleable iron castings
A 338 Malleable iron fittings and valve
parts for railroad, marine and other
heavy-duty service at temperatures up
to 345 °C (650 °F)
A 602 Automotive malleable iron
castings
ASPECTOS RELEVANTES DE LA APLICACIÓN
DE LAS FUNDICIONES
Son más baratas que los aceros e incluso su fabricación es también más
sencilla; con instalaciones menos costosas y temperaturas de fusión más
bajas.
Las fundiciones grises pueden resultar más fáciles de mecanizar que los
aceros, no así las fundiciones blancas.
Se pueden fabricar tanto piezas de grandes dimensiones como aquellas
pequeñas y más complicadas.
Para muchos elementos de máquinas y motores son suficientes las
características mecánicas de las fundiciones. Buena resistencia a la tracción,
al desgaste, a la compresión y absorve bien las vibraciones.
Como presentan temperaturas de fusión más bajas que los aceros, pueden
conseguirse fundiciones en estado líquido con gran fluidez y se facilita la
fabricación de piezas de poco espesor, ya que presentan menos contracción
que los aceros y además su fabricación no requiere el empleo de refractarios
especiales.