INTRODUCCINLas fundiciones son una familia de aleaciones frreas con una gran variedad de propiedades, y con contenidos de carbono superiores al 2% y por debajo de 6.67% pero la mayora de los tipos comerciales fabricados contienen una cantidad comprendida entre el 2.5 y el 4.5%. Estas fundiciones se caracterizan porque durante la solidificacin no tienen una excesiva contraccin, con lo que se pueden obtener piezas con gran precisin de formas y medidas, tambin se consigue resistencias bastante elevadas, por otra parte, son bastante frgiles, con bajas resistencias al impacto. Sin embargo, presentan una elevada absorcin de vibraciones, bajos coeficientes de rozamiento, resistencia a la corrosin y al desgaste, lo que las hace aplicables, junto a su bajo costo y facilidad de conformacin, en usos industriales. Las fundiciones de uso comn funden a temperaturas entre los 1150C y los 1250C, mucho ms bajas que los aceros, por este motivo se moldean con tanta facilidad.La mejor manera de clasificar las fundiciones es en funcin de su estructura metalogrfica.Al estudiar los distintos tipos hay que considerar cuatro variables que influyen considerablemente en su formacin, las cuales son: el contenido de carbono, el contenido de impurezas, la velocidad de enfriamiento y el tratamiento trmico que reciben posteriormente. Estas variables determinan la condicin y forma fsica del carbono.

FUNDICIONES ALEADASLas fundiciones aleadas son materiales que adems de la composicin qumica bsica Fe-C-Si, contienen elementos aleantes como: Ni, Cr, Mo, V, Cu, Al, etc., en porcentajes tales, que logran mejorar las propiedades mecnicas de las fundiciones ordinarias, o logran comunicarle alguna otra propiedad especial como resistencia al desgaste, resistencia a la corrosin, a las altas temperaturas, etc. propiedades que se necesitan para determinadas aplicaciones. El efecto que producen los elementos aleantes en las fundiciones es ms complejo de estudiar que en los aceros. Los elementos aleantes modifican las microestructura del material y con ello su dureza, resistencia e incluso la templabilidad.Los elementos aleantes no deben adicionarsen totalmente en la cuchara, ya que el efecto no sera total. Por tal razn, la produccin de este tipo de aleaciones se debe hacer en plantas especializadas dotadas de hornos de induccin, hornos para tratamiento trmico, los cuales prevn las propiedades deseadas.VALORES LIMITES TANTO PARA ELEMENTOS FIJOS COMO PARA ELEMENTOS ALEANTES

Se dice que la fundicin es aleada, si se cumple que:

Donde X: Es el % real de los elementos aleantes en el materialEFECTOS DE LOS ELEMENTOS ALEANTES EN FUNDICIONES ALEADASEl efecto de los elementos aleantes es proporcional a la cantidad y la forma del carbono; se necesitan elevados porcentajes de elementos aleantes cuando se quieren obtener piezas resistentes a la corrosin y a la alta temperatura. A continuacin son presentados algunos elementos aleantes y su efecto principal sobre las fundiciones aleadas.Carbono (C): El carbono afecta la dureza de las fundiciones, siendo mayor esta propiedad con altos contenidos y viceversa.En fundiciones gris y nodular aleadas, el porcentaje de carbono debe ser mayor que en la fundicin blanca al igual que el Si, esto para formacin de grafito. Silicio (Si): Este elemento est presente en todas las fundiciones y es el que controla la composicin del eutctico. Incrementos de este elemento bajan el contenido de carbono en dicho punto, las fundiciones de alto Si son difciles de fundir y no son maquinables, con baja resistencia mecnica.Molibdeno (Mo): Este elemento refina la perlita, disminuye el espacio interlaminar de ella, lo que induce al incremento de la dureza.; hasta contenidos del 2%, el Mo aumenta la tendencia del hierro al temple y en cantidades mayores al 2% forma carburos.Cobre (Cu): Este elemento favorece la formacin de grafito durante la solidificacin, el cobre es un refinador de la perlita, a medida que aumenta su contenido, van aumentando algunas propiedades como la resistencia mecnica.Estao (Sn): es un afinador de la perlita, mejorando con esto las propiedades de resistencia y dureza del hierro. Nquel (Ni): El nquel es un elemento que tiende a formar grafito y perlita, por lo tanto incrementa las propiedades de la fundicin.Aluminio (Al): con porcentajes de este elemento hasta de un 2%, se disminuye la resistencia, disminuyendo simultneamente la tendencia de templabilidad. Para contenidos mayores del 2% forma carburos, aumentando la dureza del hierro y su fragilidad.Manganeso y azufre (Mn y S): El Mn es adicionado en porcentajes mayores para contrarrestar el S. contenidos mayores de 1,5% de S en fundiciones provocan la cada de resistencia y tenacidad; la resistencia al desgaste abrasivo tambin cae. En general el azufre es un elemento que debe mantenerse tan bajo como sea posible, menos al 0,03%.

CLASIFICACIN DE LAS FUNDICIONES ALEADASEn general las fundiciones aleadas se clasifican en dos grandes grupos, siendo estos los de baja y media aleacin y de alta aleacin.Fundiciones de baja y media aleacin: Estas fundiciones suelen contener cantidades de nquel, cromo, molibdeno y cobre en porcentajes generalmente inferiores al 1.5%. En ocasiones mucho menos frecuentes, estas fundiciones contienen tambin pequeas cantidades de titanio y vanadio, que son aadidos principalmente para conseguir disminuir el tamao de las lminas de grafito o para afinar la matriz, y para mejorar tambin la resistencia al desgaste.Fundiciones de alta aleacin: a este grupo pertenecen aquellas fundiciones aleadas con ms de 5% de elementos aleantes. Este grupo presenta alta resistencia al desgaste, al calor y a la corrosin.Otra forma de clasificar las fundiciones aleadas se hace de acuerdo a la propiedad ms representativa en ellas o al elemento aleante principal. Esta ltima clasificacin se hace a continuacin para explicar el comportamiento de algunas fundiciones aleadas.Fundiciones al silicio: Este tipo de materiales presentan alta resistencia a la corrosin Sus dos principales aplicaciones estn determinadas por su resistencia al calor y su resistencia a medios cidos.Fundiciones martensticas resistentes al desgaste: deben tener gran resistencia al desgaste, o que exijan muy altas durezas o deban sufrir grandes presiones.

Fundiciones de alta dureza con 1 a 3% de cromo: Estas fundiciones se emplean bastante poco, casi exclusivamente en casos en que interesa gran resistencia al desgaste y a la abrasin, y no importa mucho la tenacidad del material. Para la fabricacin de placas de blindaje, piezas de rozamiento.

Fundiciones aleadas con aluminio: La adicin de cantidades de aluminio superiores al 6.5% hace desaparecer el grafito en las fundiciones y hace que aparezca la matriz formada por ferrita y carburos complejos. Esta estructura ferrtica como la de las fundiciones al silicio es muy inoxidable y refractaria al calor. Las dos clases ms importantes son:1. Las fundiciones con 7% de aluminio que tienen buena resistencia al fuego y pueden utilizarse hasta 950 C Se mecanizan bastante bien. 2. Las fundiciones con ms de 8% de aluminio que tienen muy buena resistencia a la oxidacin y pueden ser utilizadas a ms altas temperaturas, hasta unos 1000 C. Son difciles de mecanizar.

FUNDICION GRISEl nombre de fundicin gris describe un material ferroso. Bsicamente es una aleacin de hierro, carbono y silicio, conteniendo pequeas cantidades de otros elementos como Manganeso (Mn), fosforo (P), Azufre (S), cobre (Cu), entre otros. Sin embargo, el porcentaje de estos elementos no logra afectar las propiedades ni la microestructura del material. Estos elementos se consideran elementos residuales si su contenido no supera el 3% aproximadamente.DESIGNACIN Estas fundiciones son designadas con dos nmeros, los cuales corresponden a la clase y significan la resistencia a la traccin en miles de PSI que tiene el material. Ejemplo, una fundicin gris clase 40 significa que tiene 40000 PSI (276 MPa) de resistencia a la traccin. Las fundiciones grises ordinarias se encuentran entre clase 20 y clase 60. MICROESTRUCTURALa microestructura de la matriz en fundiciones grises puede ser ferrtica, perltica, baintica o martenstica. (Las dos ltimas obtenidas por tratamientos trmicos)Matriz ferrtica: se obtiene cuando se quiere mxima maquinabilidad, aunque con resistencia al desgaste y a la traccin bajas.Matriz perltica: presenta mayor resistencia al desgaste y a la traccin.La perlita dentro de las fundiciones grises es la microestructura que presenta las mejores propiedades mecnicas, aunque no es fcil conseguir, ya que su depende de una adecuada y balanceada composicin qumica, adems de la velocidad de enfriamiento, del espesor de la placa, etc.A continuacin se muestra un diagrama (Diagrama de Ossan) que permite relacionar la composicin qumica con el espesor de la pieza.Ejemplo: Cul debe ser el porcentaje de silicio sabiendo que se tiene un porcentaje de carbono de 2.7, un espesor de placa de 75 mm y un contenido mximo de fosforo de 0.4 para que una fundicin sea perltica?Utilizando el diagrama se obtiene 2.25% de silicio aproximadamente. Este resultado se obtiene del recorrido de la siguiente grfica. Diagrama de OssanMatriz bainticas y martensticas: se incrementa fuertemente la resistencia a la traccin y la resistencia al desgaste.PROPIEDADES MECNICAS DE LA FUNDICIN GRIS Las propiedades mecnicas de la fundicin gris dependen en gran medida del tamao, forma y distribucin del grafito. Otros factores importantes son la composicin qumica, velocidad de enfriamiento, espesor de la pieza a fundir, el tipo de matriz, y compuestos como carburos. Esta fundicin resulta un material de ingeniera importante debido a su bajo costo que combina propiedades interesantes como excelente capacidad de mecanizacin, una buena resistencia al desgaste, una excelente capacidad de amortiguar vibraciones (posee friccin interna), tiene alta capacidad de templado, buena fluidez para el colado, elevada dureza, pero es quebradizo (frgil), tiene poca resistencia a la traccin, no es maleable ni dctil. Las fundiciones grises son una buena base para soportes de maquinaria, aparatos o equipos sometidos vibraciones, porque estas son facilmente aborbidas, impidiendo que se concentren en un punto de la estructura y que puedan causar la rotura por fatiga.

INOCULACINConsiste en facilitar la formacion de grafito a partir del carbono presente en la fundicion. Problemas como blanqueo (formacion de fundicion blanca) y baja resistencia de algunas zonas de las piezas obtenidas, cuando se desean obtener fundiciones de alta resistencia, se han solucionado en parte, al descubrirse la influencia de los inoculantes en los procesos de fusion y tambien con el empleo de elementos aleantes. Con la ayuda de la inoculacion se pueden obtener fundiciones peliticas de alta resistencia. La inoculacion es muy eficaz con bajos contenidos de carbono y poco productiva para porcentajes altos.

Tal ves la principal diferencia entre las propiedades de los aceros y las fundiciones ordinarias es la falta de ductilidad de las fundiciones.

En las figuras 3 y 4 se muestra la microestructura de una fundicin gris cuya matriz es totalmente perltica.

FUNDICIN BLANCAEste tipo de fundicin presenta una fractura blanca y su microestructura casi no manifiesta grafito. La mayora de las fundiciones blancas contienen del 1,7 al 3% de carbono y del 0,8 al 1,25% de silicio. Son muy duras y frgiles, con una pequea resistencia a la traccin. Si la composicin es hipoeutctica (figura a), por ejemplo de 3% de C, primero se forman dendritas de austenita proeutectica. Al llegar a la temperatura eutctica (1135 C aprox.), el liquido restante solidifica como eutctico de austenita mas ledeburita. Cuando se continua el descenso de la temperatura y se baja de la temperatura eutectoide (728C aprox.) la austenita transforma en perlita. A menor temperatura no queda austenita sino que toda ella se ha transformado en perlita.Si la composicin es hipereutctica (figura b), arriba de la temperatura eutctica se forman dendritas de cementita y al disminuir la temperatura, finalmente solidifica la ledeburita que forma la matriz. Igual que en el caso anterior, la austenita se transforma en perlita al descender la temperatura por debajo de la eutectoide.Los principales constituyentes de esta fundicin son la perlita y la cementita. Esta fundicin es spera y cristalina debido a que est exenta de grafito, es resistente al desgaste y retiene su dureza por periodos, incluso a temperaturas de trabajo al rojo; pero son poco tenaces. La fundicin blanca presenta baja colabilidad (capacidad de permanecer liquida con la disminucin de la temperatura) debido a la alta temperatura de solidificacin.Al presentarfragilidady falta demaquinabilidadsu aplicacin es muy limitada en el campo de la ingeniera. Pero son muy empleadas en casos donde la ductilidad no es un requisito, ejemplo en camisas interiores de hormigoneras, en placas de revestimiento de molinos para triturar o en rodillos. Aunque su principal uso es como material base para fabricar fundiciones maleables. Figura afigura b figura c

FUNDICIONES MALEABLESEsta fundicin apareci de la necesidad de ablandar la fundicin blanca y convertirla en un material con la capacidad de absorber impactos.Se caracteriza por tener la mayora de contenido de carbono, conformando ndulos irregulares de grafito obtenidos por un tratamiento trmico de recocido.La fundicin blanca se somete a un tratamiento trmico que comienza a los 900C, durante este tratamiento la cementita se disocia y el carbono precipita como grafito, debido a la velocidad de enfriamiento, no se vuelve a la fundicin blanca, obteniendo la fundicin maleable.Existen dos procedimientos para la fabricacin de fundiciones maleables: Maleable europea(de corazn blanca)

Maleable americana (corazn negro)

FUNDICION DE GRAFITO COMPACTO (FGC)Es una fundicin relativamente nueva, presenta propiedades intermedias entre la gris y la nodular, el grafito dentro de la matriz se presenta tanto en ndulos como en lminas en forma interconectada. Su resistencia a la traccin vara entre 40 y 85 ksi y el limite elstico entre 30 y 60 ksi con alargamientos entre 1 y 5%.La resistencia mecnica de partes de FGC se acerca a la de la fundicin dctil. Estos materiales ofrecen altas conductividades trmicas y su capacidad de absorcin de vibraciones es casi tan buena como la de la fundicin gris la resistencia a la fatiga y ductilidad son similares a la de la fundicin dctil. La maquinabilidad es superior a la de la fundicin dctil, y el rendimiento es alto, ya que la contraccin y las caractersticas de alimentacin son ms efectivas que en la fundicin gris.La combinacin de alta resistencia y alta conductividad trmica, sugieren el uso de FGC en bloques de motores, tambores de freno y tubos de unin mltiple de la descarga de vehculos. Engranajes de FGC han reemplazo al aluminio en engranes de bombas de alta presin, esto debido a la habilidad de la fundicin de mantener su estabilidad dimensional a presiones por encima 10.3 Mpa.

Figura 5. Micrografas de fundicin de grafito compacto. a), b) y c) micrografas tomadas con microscopio electrnico de barrido mostrando verdadera forma tridimensional del grafito laminar interconectado con el grafito esferoidal.

PROPIEDADES MECNICAS DE LAS FGCDe la misma forma que en las fundiciones grises, las partculas de grafito estn interconectadas ofreciendo buena conductividad trmica. Los extremos redondeados y las superficies rugosas previenen la formacin y propagacin de grietas. Estas caractersticas del grafito confieren al material un buen compromiso entre resistencia mecnica y tenacidad. La FGC exhibe mejores propiedades de resistencia a la traccin, tenacidad, ductilidad, fatiga, resistencia al impacto y mejores propiedades a elevadas temperaturas.APLICACIONES DE LAS FGCComparada con la fundicin gris, la fundicin de grafito compacto presenta por lo menos el 75% ms de resistencia a la traccin, el doble de la resistencia a la fatiga y ms del 35% de rigidez. Comparando con el aluminio estos materiales presentan aproximadamente doble de resistencia y rigidez y hasta cinco veces la resistencia a la fatiga a las mismas temperaturas de operacin. Estas propiedades proporcionan oportunidades de diseo y beneficios operacionales incluyendo reduccin del peso, aumento de poder, mejora en la estabilidad dimensional y reduccin en la contaminacin del medio ambiente.La fundicin FGC es muy adecuada para fabricacin de motores como se muestra en la figura 6, donde se necesitan materiales ms ligeros y resistentes que puedan absorber ms potencia. Slo el peso del bloque de motor se puede reducir aproximadamente un 20% respecto a uno fabricado con fundicin gris. Otros ejemplos son culatas de cilindros y frenos de disco.

Figura 6. Bloque de motor de grafito compacto

FUNDICIN NODULARLa fundicin nodular es bsicamente una aleacin de Fe, C y Si, cuya microestructura est conformada por una matriz metlica y una cantidad del 10% al 15% de grafito en forma de esferas. La presencia de grafito afecta ciertas propiedades, entre ellas la disminucin de la dureza y la resistencia mecnica, pero por otro lado, incrementa la maquinabilidad. La matriz puede ser ferritica perlitica, martensitica, bainitica etc. Si la matriz es perlitica tendr menor ductilidad y mayor dureza con incremento de la resistencia al desgaste, en relacin con la matriz ferritica.Como estas fundiciones son bsicamente aleaciones Fe-C-Si, la solidificacin puede entenderse utilizando el diagrama de fases fe-c sustituyendo el % de carbono por el carbono equivalente (C.E), as:

Donde el carbono equivalente debe estar en las proximidades del punto eutctico, entre 4.2 y 4.3 para garantizar la formacin de grafito. As, para una buena grafitizacin se requiere que la solidificacin ocurra en las cercanas del punto eutctico del diagrama estable, donde ocurre solo la formacin de austenita y grafito.DESARROLLO DE LA F.N DURANTE LA SOLIDIFICACINDe acuerdo A el C.E, las fundiciones nodulares pueden ser eutcticas, hipoeutecticas e hipereutecticas.FUNDICIN EUTCTICAPara un lquido de composicin eutctica, es posible que ocurra un proceso de solidificacin simultneo de austenita y grafito (fases que forman el eutectico).Estudios han demostrado que el primer constituyente el nuclear y solidificar es el grafito (con ayuda de inoculantes adecuados), el cual, a medida que crece se transforma en grafito esferoidal con ayuda de elementos nodulizantes.

Figura 7. Muestra esquemticamente la formacin de grafito esferoidal para este tipo de fundiciones.FUNDICIONES HIPOEUTECTICASEstas fundiciones tienen un contenido menor de 4.26. A diferencia de la solidificacin de las fundiciones eutcticas, en la hipoeutectica aparece primero la austenita en forma dendrtica de la forma como se ilustra en la figura

Figura 8. Desarrollo de la estructura de la F.N hipoeutectica.FUNDICIONES HIPEREUTECTICASEstos materiales poseen un contenido de C.E mayor a 4.26. Aqu la primera fase en formarse son los ndulos de grafito y posteriormente el eutctico nodular una vez alcanzada la temperatura eutctica. Al sobre enfriarse el lquido por debajo de la temperatura eutctica, se hace un crecimiento simultaneo del eutctico (austenita y grafito). La austenita nuclea sobre las esferas de grafito proeutectico, formando una capa que rodea dichas esferas y aislando el grafito del lquido. El crecimiento se hace de forma similar al realizado en un hierro eutctico, este crecimiento puede verse en la figura.

Figura 9. Desarrollo de la estructura de la F.N hipereutecticas.