fundiciones y moldajes iem 2016

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FUNDICIONES DE USO METALÚRGICO UNIDAD I Profesor: Hernán Jaime M. Procesos de Fabricación

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Page 1: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

FUNDICIONES DE USO

METALÚRGICO

UNIDAD I

Profesor: Hernán Jaime M.

Procesos de Fabricación

Page 2: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

CUADRO GENERAL DE LAS

DIVISIONES DE ALEACIONES

FERROSAS MÁS COMUNES

Page 3: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 4: Fundiciones y Moldajes IEM 2016
Page 5: Fundiciones y Moldajes IEM 2016
Page 6: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 7: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 8: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

FUNDICIONES

FERROSAS

Page 9: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 10: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

Tipos de Fundiciones

Las fundiciones se clasifican en:

Gris.

Dúctil o Nodular

Blanca.

Maleable.

Page 11: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 12: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

Fundición Gris y Sus

Transformaciones

Metalográficas

Diagrama Simplificado Fe-C con 2,0% Si

Estable :

Enfriamiento lento

→ Grafito

Metaestable:

Enfriamiento rápido

→ Cementita

Page 13: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 14: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

MICROESTRUCTURAS TÍPICAS DE FUNDICIONES FERROSAS

Microestructura de un Fe Fdo Gris Microestructura de un Fe Fdo Nodular

Page 15: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 16: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 17: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

CLASES DE F. GRIS Y PROPIEDADES MECÁNICAS

Page 18: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 19: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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%

Page 20: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 21: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 22: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 23: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE REFERENCIA

Composición Química Aprox. de Varios Tipos de Fe Nodulares

Page 24: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 25: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 26: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

CLASIFICACIÓN DE LAS

FUNDICIONES BLANCAS

La norma ASTM A-53 entrega una clasificación de las

fundiciones blancas

Norma ASTM A-53

Page 27: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.

Page 28: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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

Page 29: Fundiciones y Moldajes IEM 2016

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.