trabajo de materiales para presentar
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE
JAÉN
CARRERA PROFESIONAL
INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
TEMA
HIERRO FUNDIDO
DOCENTE
ING. MARCO ANTONIO AGUIRRE CAMACHO
PRESENTADO POR:
- DELGADO TANTALEAN JENRY
-FLORES DÍAS JOSÉ FERNANDO
-LÓPEZ OLIVERA DARWIN
-QUIROZ GORDILLO JHON HARLIS
-SEGURA CUBAS OSMER
JAÉN PERÚ
2013
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ÍNDICE
Pág.
I.Introdución…………………………………………………………..3
II.Origen e Historia Del Hierro……………………………………..4
III.Evolución Tecnológica Del Hierro……………………………..6
a) Procedimiento Directo………………………………………..6
b) Procedimiento Indirecto……………………………………...7
IV.El Hierro En La Revolución Industrial………………………….7
V. Hierro Fundido……………………………………………………...9
5.1. Clasificación de las fundiciones…………………………….9
5.2. Clasificacion de fundido por su micro estructura………..10
a) Fundiciones gris…………………………………………………10
b) Fundiciones blancas……………………………………………11
VI. Grafito Esferoidal…………………………………………………….12
VII.Tratamientos Térmicos Del Hierro Dúctil………………………..18
VIII.Propiedades Mecánicas…………………………………………….18
IX.Propiedades Físicas…………………………………………………..20
X.Conclusiones……………………………………………………………35
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INTRODUCCIÓN
Desde los primeros sencillos instrumentos hasta las actuales aeronaves, la
evolución del hierro ha transcurrido en forma paralela a la evolución del hombre.
Al principio, el hierro se utilizó como elemento de diferenciación social, pues
era un objeto de lujo al alcance de las altas jerarquías. Pero con el paso del tiempo
fue convirtiéndose en un material de gran importancia estratégica.
La utilización del hierro como material bélico, poderoso e imprescindible, hizo
posible el incremento cualitativo y cuantitativo de la producción de este metal.
El mundo actual no se podría concebir sin la presencia del hierro. La
industria naval, la ferroviaria, la automovilística o la aeronáutica son los últimos
resultados de una evolución iniciada muchos siglos atrás.
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II.ORÍGENES E HISTORIA DEL HIERRO
La edad del hierro fue la última etapa de la edad de los metales. El uso del
hierro se inició hacia el 1900 aC, en plena edad del bronce y su implantación fue
gradual; hacia el 1000 aC se consolidó como material de uso mayoritario.
Entre los siglos XII adC y X adC se produce una rápida transición en Oriente
Medio desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera
debida a la falta deestaño, antes que a una mejora en la tecnología en el trabajo del
hierro. Aunque su manipulación resultaba más complicada, éste metal ofrecía un
abanico más amplio de posibilidades prácticas y creativas. A este periodo, que se
produjo en diferentes fechas según el lugar, se denomina Edad de Hierro,
sustituyendo a la Edad de Bronce.
Junto con esta transición del bronce al hierro se descubrió el proceso
de carburización, consistente en añadir carbono al hierro. El hierro se obtenía como
una mezcla de hierro y residuo, con algo de carbono o carburos, y era forjado,
quitando el residuo y oxidando el carbono, creando así el producto ya con una forma.
Este hierro forjado tenía un contenido en carbono muy bajo y no se podía
endurecer fácilmente al enfriarlo en agua. Se observó que se podía obtener un
producto mucho más duro calentando la pieza de hierro forjado en un lecho
de carbón vegetal, para entonces sumergirlo en agua o aceite. El producto resultante,
que tenía una superficie de acero, era más duro y menos frágil que el bronce, al que
comenzó a reemplazar.
El inicio de la metalurgia del hierro se podría situar en la zona de la actual
Turquía, una tierra rica en este mineral. Asia Menor también fue uno de los primeros
territorios en utilizar este metal. El pueblo hitita, que habitó el territorio de Anatolia
durante este periodo, lo utilizó en ceremonias y rituales. Su uso se extendió por todo
el territorio de un modo progresivo; traspasó fronteras y se comercializó en el
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exterior. La metalurgia del hierro se difundió gradualmente desde sus zonas de
origen.
Los lugares más próximos a la región de Asia Menor - Egipto, Chipre y
Grecia - fueron los primeros en beneficiarse de su uso. La cultura griega sirvió de
puente en la difusión de la metalurgia del hierro en Europa.
El uso del metal con finalidades militares facilitó la colonización helénica del
Mediterráneo, que fue decisiva en la adopción del hierro en la isla de Sicilia, la
península Ibérica y el sur de África. Egipto fue el centro difusor de la metalurgia en
África Occidental. La influencia egipcia llegó hacia la zona del lago Victoria, en las
actuales Kenia, Tanzania y Uganda, donde se utilizaron hornos basados en las
técnicas egipcias. En África Ecuatorial también se usó el hierro.
La cultura bantú desarrolló una metalurgia del hierro, del cobre y del oro con
la finalidad de comerciar con los árabes. China fue el centro metalúrgico más
importante del Extremo Oriente. Conocían la fabricación del hierro desde el 1100 aC,
y no se sabe con seguridad si fue una importación del Asia Menor o si apareció de
manera autónoma. A pesar de la incertidumbre de su origen, las técnicas chinas
fueron muchas y muy variadas.
La metalurgia del hierro se produjo por diversas razones, en dependencia
directa del contexto concreto donde se daban: una crisis tecnológica, producida por
la escasez de yacimientos de cobre y estaño, podía derivar en la búsqueda de
nuevos materiales; un conflicto político, como una invasión, podía provocar la
adquisición o abandono de determinadas técnicas.
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III. EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA DEL HIERRO:
La metalurgia del hierro fue encontrando su espacio. Fue la respuesta a la
demanda de un nuevo material que satisficiera las nuevas necesidades existentes.
Fue el símbolo de un nuevo poder - el poder del hierro - y un nuevo orden
tecnológico, político y bélico. Más adelante, en periodo medieval, la expansión
agrícola generó unas nuevas necesidades de hierro. Esta creciente demanda civil
potenció la producción, y los centros de tratamiento del mineral se multiplicaron.
La evolución de la metalurgia está relacionada con factores de carácter
tecnológico. Para obtener el cobre que, aliado con el estaño, constituye el bronce se
necesitan 1.083º C. En cambio, para fundir el hierro hay que llegar hasta los 1.536º
C. Esta diferencia de temperatura es una de las causas del porqué el bronce se
trabajó antes que el hierro.
El trabajo del hierro se descubrió e impuso de un modo paulatino. Al
principio, se utilizaban una serie de procedimientos sencillos que, con el paso del
tiempo, acabaron siendo cada vez más complicados.
Básicamente, hay dos técnicas conocidas: el procedimiento directo, usado
desde los inicios de la metalurgia del hierro hasta el siglo XIX, y elprocedimiento
indirecto, conocido ya desde la Edad Media y consolidado a partir de la
Industrialización.
3.1.Procedimiento directo:
El procedimiento directo es la operación de reducción donde el hierro no
llega al estado de fusión. Se realiza en horno de cubeta. El metal que se obtiene es
una masa esponjosa de hierro y escorias, que se tiene que separar del metal. La
separación de los desechos es un proceso complicado, que requiere un trabajo de
forja posterior para conseguirlo. Si se desea aumentar la dureza del hierro se puede
conseguir mediante su introducción en carbono, con lo que se logra un mayor nivel
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de carburación del metal, lo que aumenta la dureza. El hierro carburado no es otra
cosa que el acero.
3.2.Procedimiento indirecto:
Es la operación de reducción donde el hierro llega hasta el estado líquido:
una fusión completa donde la ganga - el material sobrante - forma una escoria líquida
que se separa fácilmente del metal. Se realiza en altos hornos y produce un metal
fundido, que se puede llevar a moldes y tiene un alto porcentaje de carbono (de un
1,7% a un 6,7%). Este método de obtención del hierro colado no se conoció
en Europa hasta el siglo XI-XII d C., pero se dominaba ya en China desde el IV a C.
(Puente construido de hierro fundido)
IV. EL HIERRO EN LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL:
En la industria metalúrgica, la mala calidad de los lingotes y la carencia de
combustible, por la peligrosa tala de los bosques, reducía la fundición de hierro. Era
preciso importar hierro de Suecia para las industrias de Birminghan y de Sheffield,
pero salía muy caro y aumentaba excesivamente el precio de costo, hasta amenazar
con la ruina a los maestros herreros ingleses.
Por esta razón, en 1737 los Darby inventaron la fundición de coque o hulla
calcinada(un combustible fósil); se recurrió entonces al carbón mineral. Así se
produjo un rápido desarrollo de la minería para obtener hierro y carbón, a la par que
el progreso de la industria siderúrgica. Hacia 1 760, se comenzó a obtener hierro de
buena calidad, fundiendo el mineral en hornos alimentados con hulla. Durante el siglo
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XVIII, Inglaterra fue el único país productor de rieles, vigas y grandes piezas de
hierro para su utilización en ferrocarriles y otras estructuras.
El descubrimiento por Bessender, en 1 856, de un método barato para
fabricar acero, multiplicó las máquinas e hizo posible construirlas para aplicaciones
diversas.
El hierro, más resistente y con posibilidad de mayor precisión, sustituyó a la
madera; sin hierro no se puede hablar de maquinismo. Los sucesivos
perfeccionamientos de la metalurgia hicieron posibles los progresos en la cantidad y
en la calidad. La máquina de vapor proporcionaba la mayor fuerza posible, la más
fácil de utilizar sin pérdidas.
Debido a los, prácticamente, abundantes depósitos de hierro en Inglaterra fu
fácil para ellos convertirse en una potencia en el campo.
Las realizaciones de los ingleses maravillaban a los extranjeros. Allí se
construyó el primer puente de hierro, el primer buque con casco del mismo metal y
unos cuantos kilómetros de tubos de fundición para el conducir las aguas.
La unidad de trabajo se convirtió en la fábrica, que desplazó el trabajo
artesanal, característico de la Edad Media, donde los trabajadores, que realizaban
sus tareas en forma manual, tenían sus actividades totalmente reguladas por los
gremios, que fijaban las condiciones laborales, los modos de producción y el precio
de las mercaderías. A partir de la Revolución Industrial el precio será fijado por la ley
de la oferta y la demanda.
(Hierro fundido en la industria)
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V. HIERRO FUNDIDO
Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de
carbono varía entre 1,76% y 6,67% (aunque estos porcentajes no son
completamente rígidos).
Además de hierro y carbono lleva otros elementos de aleación como silicio,
manganeso, fósforo, azufre y oxígeno.
Seguirán el diagrama de equilibrio estable (Fe-C) o meta estable
dependiendo de distintos factores, principalmente de si se produce o no la
grafitización.
Obtienen su forma definitiva por colada, permitiendo la fabricación con
relativa facilidad de piezas de grandes dimensiones y pequeñas complicadas. Son
más baratas que los aceros y de fabricación más sencilla por emplearse
instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas más bajas
(además es fácil de mecanizar).
5.1. CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES
Por ser muchos y muy diferentes los factores que hay que tener en cuenta
para la calificación y selección de las fundiciones, es difícil establecer una
clasificación simple y clara de las mismas.
La más antigua y conocida de las clasificaciones establece cuatro grupos:
fundición blanca, gris, atruchada y maleable. A estos cuatro grupos se añade en la
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actualidad otro grupo, el de las funciones especiales, en el que se pueden incluir las
fundiciones aleadas que contienen elementos especiales, las fundiciones nodulares,
aciculares, inoculadas, etc.
5.2CLASIFICACIÓN DE LAS FUNCIONES POR SU MICRO ESTRUCTURA
Las fundiciones que se obtienen en los altos hornos y en los cubilotes se
pueden clasificar de acuerdo con la micro estructura en tres grandes grupos:
Fundiciones en las que todo el carbono se encuentra combinado, formando
cementita y que al romperse presentan fractura de fundición blanca.
Fundiciones en las que todo el carbono ser encuentra en estado libe,
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 que es el más
importante de todos pertenece la mayoría de las fundiciones que se fabrican y
utilizan normalmente, como son las fundiciones grises, atruchadas, perlíticas,
etc... Es interesante señalar que en la práctica es muy difícil encontrar
fundiciones en las que todo el carbono aparezca en forma de grafito. Con un
criterio amplio, también se podrían incluir en este segundo grupo, auque no
encajan exactamente en él, las fundiciones maleables, cuya matriz es de
ferrita y en las que el grafito se presenta en forma de nódulos. La fundición
maleable se obtiene en dos etapas: primero se fabrica la fundición blancas y
hierro nodular
Se dividen en 2 tipos:
a)FUNDICIONES GRISES
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Presentan el carbono en forma de grafito laminar. Suelen estar aleados con
silicio (elemento muy gratificante). Una lenta velocidad de enfriamiento favorece la
formación de una fundición gris ya que la lentitud en las reacciones favorece que se
formen los constituyentes más estables: la cementito se transforma en ferrita y grafito
(grafitización). Son fácilmente mecanizables ya que el grafito favorece la salida de
la viruta.
(Hierro fundido gris)
b) FUNDICIONES BLANCAS
El carbono aparece en forma de cementito. La cantidad de silicio es mínima.
Las velocidades rápidas de enfriamiento favorece la formación de la cementito.
Tienen una alta resistencia mecánica y dureza, pero también gran fragilidad
(propiedades debidas a la cementita), por lo que son difíciles de mecanizar.
El hierro fundido es un tipo de fundición también conocida como hierro
fundido gris, es uno de los materiales ferrosos más empleados, su nombre se debe a
la apariencia de sus superficies al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en
general más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso,
fósforo y azufre.
Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en
general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”, este
grafito es el que da la típica coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas
elaboradas con este material.
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Las propiedades físicas y en particular las mecánicas varían dentro de
amplios intervalos respondiendo a factores como la composición química, rapidez de
enfriamiento después del vaciado, tamaño y espesor de las piezas, práctica de
vaciado, tratamiento térmico y parámetros micro estructural como la naturaleza de la
matriz y la forma y tamaño de las hojuelas de grafito.
Un caso particular es el del grafito esferoidal, que comienza a utilizarse en
los años 1950, a partir de entonces ha desplazado otros tipos de hierro maleable y
hierro gris.
Entre los primeros usos de este material se dieron, en Europa occidental, en
el año 1313, específicamente en la fabricación de cañones, y presumiblemente en la
misma época se comenzaron a utilizar también en la construcción de tuberías. Se
tienen registros de que en 1455 la primera tubería de hierro fundido fue instalada en
Alemania, en el Castillo Dillenberg.
El proceso de fabricación de los tubos de hierro fundido ha tenido profundas
modificaciones, pasando del método antiguo de foso de colada hasta el proceso
moderno por medio de la centrifugación.
(Hierro fundido blanco)
VI. GRAFITO ESFEROIDAL (SG) PERLÁTICO
PROPIEDADES GENERALES DEL GRAFITO ESFEROIDAL
La resistencia del Grafito Esferoidal (SG) o del Hierro Fundido Nodular es el
resultado de un cambio de morfología de grafito en lámina a grafito en esferoides. A
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menor área de la superficie, con respecto al volumen de los esferoides, se
incrementa la resistencia a las fracturas disminuyendo de esta manera la
propagación de grietas.
El hierro SG es un excelente conductor del calor y aumenta la resistencia a
las grietas térmicas al disminuir el estrés térmico localmente inducido. La resistencia
al impacto también es mayor a la del hierro de grafito en lámina.
DESCRIPCIÓN
Esta calidad se caracteriza por tener el grafito nodular y carburos colocados
en una matriz Perlítica.
Sus propiedades son similares a las de Aleación de Temple Indefinido (AIC)
excepto en que la estructura de grafito en forma de láminas se cambia por formas
esferoidales. Los cilindros SG Perlítico tienen más fuerza que los de Aleación de
Temple Indefinido (AIC).
Los cilindros SG Perlítico son adecuados para una gran variedad de
aplicaciones incluyendo las posiciones de desbaste, así como de acabado. Esta
calidad se puede producir por el método convencional de fundición Estática
(Monobloque) o el de Doble Colada Centrifugada (CC Duplex). Tenemos para ofrecer
varias categorías de SG Perlático: Las calidades SGP aleadas con Cromo son para
lograr una profunda penetración de carburos. Estas calidades tienen una menor
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caída en los niveles de dureza y muy buenas propiedades de resistencia al desgaste.
Se recomiendan para cilindros con pases profundos.
Las caIidades SGP aleadas con Molibdeno y Níquel sometidas a un
tratamiento térmico de altas temperaturas tienen una excelente resistencia a las
grietas térmicas además de una granresistencia a las fuertes cargas. La resistencia
al impacto también es mayor a la del hierro de
grafito en lámina.
EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL HIERRO FUNDIDO.
La influencia de los elementos de aleación está relacionada fundamentalmente
con el control de la transformación de la austenita.
El carbono es sin lugar a dudas, después del hierro, el elemento más
importante; se le puede encontrar combinado con el hierro (carbono combinado) en
forma de carburo (o cementita con 6,67% C) o en el estado libre de grafito (carbono
libre o grafítico).
Entre los factores que influyen en que el carbono se encuentre en una u otra
forma están la velocidad de enfriamiento y la presencia de elementos grafitizantes.
Un enfriamiento lento y la presencia de silicio, níquel, cobre, etc.; facilitan la
formación de grafito, por lo que la solidificación se puede explicar mediante el empleo
del diagrama estable, como señala(Van de Velde, 1999).
La forma, cantidad, tamaño y distribución de las láminas de grafito deben ser
controladas cuando se requiere obtener fundiciones de calidad. Por otra parte un
enfriamiento rápido y la presencia de agentes formadores y/o estabilizadores de
carburos como el cromo y el molibdeno, dan lugar a la formación de carburos y la
solidificación se explica a través del diagrama metaestable.
El hierro que se obtiene así presenta elevada dureza y no puede ser
mecanizado con los medios normales en las máquinas herramientas. En realidad el
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proceso de solidificación del hierro fundido es un proceso muy complicado, como
puntualiza Van de Velde,1999; pues aún después de un período superior a 100 años,
quedan algunos aspectos sin explicación sobre el doble diagrama Fe-C, no por la
existencia de un doble sistema, ni porque las aleaciones con un muy alto contenido
de carbono no pueden ser explicadas por este sistema, sino por la variedad de
diagramas de que se dispone. Otro aspecto que debilita los diagramas actuales es la
formación de carburos a una temperatura tan baja como 1 080°C, cuando se alea
con elementos como el silicio, el cual solo se disuelve en la austenita sin intervenir en
la composición de los carburos.
Los elementos de aleación pueden provocar cambios en la velocidad de
enfriamiento del hierro gris. El silicio contribuye a la formación de ferrita y austenita.
Algunos autores (Krause, 1969, Janowak, 1982 y otros) plantean que el silicio
disminuye la solubilidad del carbono en la austenita y favorece la difusión del
carbono, por lo que favorece la formación de grafito a partir de la descomposición de
los carburos primarios.
Las cantidades de silicio deben ser calculadas teniendo en cuenta el
carbono total, la velocidad de enfriamiento y el espesor de las pieza. (Maurer, 1924)
propuso un diagrama donde en función de los contenidos de carbono y silicio se
obtienen diferentes estructuras. (Janowak y Gundlach, 1987) proponen un
nomograma, en papel logarítmico que permite la determinación de la resistencia ala
tracción básica, a partir del carbono equivalente (CE) y el espesor de las piezas en
fundiciones grises no aleadas.
Otros elementos tienen un efecto contrario al silicio, por ejemplo el cobre, el
estaño, el antimonio y el arsénico se acumulan en la interfase austenita-grafito,
creando una barrera a la emigración del carbono para formar grafito, como señalan
(de Sy y otros autores). De esta forma inhiben la grafitización. Realmente este efecto
ocurre durante la transformación eutectoide, pues en la transformación eutéctica
como señalan varios autores, entre ellos Krause, 1969, aumentan el potencial de
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grafitización, el cual se puede inferir a partir del cálculo de la constante de
grafitización propuesta por (Guirshovich, 1986)
El manganeso y el níquel ensanchan el campo austenítico al rebajar las
temperaturas αT y A1. La velocidad de formación de ferrita disminuye a temperaturas
más bajas porque disminuye la velocidad de difusión del carbono, al bajar la
temperatura. Así se asegura un nivel superior de carbono en la austenita.
El manganeso ejerce una acción opuesta a la del silicio, pues favorece la
formación de carbono combinado, se combina fácilmente con el hierro y el azufre. El
manganeso se combina con el azufre en una proporción de 1,77 partes en peso de
manganeso por una parte de azufre teóricamente, en la práctica se necesita
alrededor de tres veces el contenido de azufre para neutralizar su efecto adverso
sobre el hierro fundido.
El manganeso disminuye la temperatura de transformación eutectoide de la
austenita, aumenta el intervalo de la austenita y disminuye la concentración de
carbono en la transformación eutectoide y en la transformación eutéctica, un 1% de
manganeso disminuye la concentración de carbono en 0,06 – 0,07%, pero aumenta
la temperatura de transformación eutéctica, un 1% de manganeso aumenta la
temperatura de transformación eutéctica en 3°C aproximadamente. El manganeso se
distribuye entre la austenita, la ferrita y la cementita, fundamentalmente en esta
última y forma (Fe,Mn)7C3 y (Mn,Fe)23C6.
El azufre aparece en las fundiciones como sulfuro de hierro o de manganeso,
el primero es perjudicial porque obstaculiza la grafitización, hace la fundición dura y
frágil. En la práctica se mantiene el azufre entre 0.05 y 0.12. El sulfuro de
manganeso solidifica antes de que lo haga el hierro fundido y lo hace asumiendo
diferentes formas geométricas en los límites de los granos por lo que resulta
inofensivo para el metal. Todo hierro producido comercialmente contiene alguna
cantidad de azufre. El azufre no es totalmente indeseado, algunos tipos de hierro
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fundido tienen un contenido mínimo para producir la microestructura y las
propiedades deseadas.
El fósforo cuando se encuentra hasta 0,1% es soluble en el hierro, cantidades
superiores forman un microconstituyente conocido como esteadita, que es un
complejo eutéctico de hierro y fosfuro de hierro, el cual solidifica en los límites de los
granos. Cuando alcanza contenidos de 0,2% en el hierro gris, la esteadita se
presenta en los límites de las celdas y asume la forma de un triángulo cóncavo.
Cuando llega a contenidos de hasta 1%, forma una red alrededor de los límites de
los granos. La eutéctica fosfórica le confiere a la fundición liquida una particular
fluidez porque disminuye el punto de solidificación, pero al mismo tiempo aumenta la
dureza y la fragilidad.
En (Honeycombe, 1981) se clasifica al cromo junto al molibdeno entre los
elementos que cierran el campo γ y lo restringen a una pequeña zona cerrada.
Favorecen ambos la formación de ferrita y hacen continuos los campos α y δ. El
cromo es un formador de carburos como son la cementita aleada (Fe, Cr)3C; y otros.
Es además un fuerte promotor de perlita, pues aumenta la solubilidad del carbono en
la austenita e inhibe así la formación de la ferrita. Pero también es un promotor de
temple y carburos durante la solidificación. El silicio y la inoculación con Ferrosilicio
(75%) son efectivos en la reducción del temple causado por el cromo, pero no lo son
en la eliminación de los carburos intercelulares. La acción del cromo en cuanto al
afino de la perlita es débil.
(Krause, Janowak y otros) señalan que el molibdeno es uno de los elementos
de aleación más ampliamente usado con el propósito de elevar la resistencia del
hierro gris. Es añadido en cantidades entre 0.20 y 0.75 %. Este elemento aumenta
las propiedades del hierro a elevadas temperaturas.
Como el módulo de elasticidad del molibdeno es muy alto, las adiciones al
hierro fundido provocan un aumento del módulo de elasticidad de este material. Es
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un potente endurecedor, colabora con el cromo, cobre y níquel para endurecer la
matriz. En el diagrama Fe – C – Mo en su variante metaestable, se presentan unas
cuantas fases de carburos: cementita aleada en la cual se disuelve hasta 2% de
molibdeno, tres carburos binarios y carburos MoC y Mo2C. En general el molibdeno
disminuye la solubilidad del carbono en la fase alfa. El molibdeno no es un
grafitizador, ni un estabilizador fuerte de carburos, esto es lo que explica por qué
puede ser adicionado a la carga metálica sin variar prácticamente su carácter.
VII.TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL HIERRO DUCTIL.
La primera etapa de la mayoría de los tratamientos térmicos diseñados para
cambiar la estructura y propiedades del hierro dúctil consiste en calentar y mantener
en una temperatura entre 850-950 `C durante 1hs mas 1hs por cada 25 mm de
espesor de sección, para homogeneizar el hierro. Cuando se presentan carburos en
la estructura la temperatura debe ser aproximadamente 900-950 `C, lo cual
descompone los carburos previo a los siguientes pasos del tratamiento térmico.
El tiempo puede extenderse de 6-8 hs si se presentaran elementos
estabilizantes de carburos. Para fundiciones de forma compleja, donde pueden
aparecer tensiones por un calentamiento no uniforme, el calentamiento inicial hasta
600 `C debe ser lento, preferentemente 50-100 `C/hs. Para prevenir escamaduras y
descarburización de la superficie durante esta etapa del tratamiento, se recomienda
que la temperatura en horno no-oxidante sea mantenida usando un horno sellado;
puede ser requerida una atmósfera controlada. Deben tomarse más cuidados en
fundiciones susceptibles a distorsión y evitar el apilamiento.
VIII.PROPIEDADES MECÁNICAS
PROPIEDADES MECÁNICAS A ELEVADAS TEMPERATURAS. La
resistencia a la tracción de los hierros dúctiles perlíticos disminuye
continuamente con el aumento de la temperatura y a los 400`C es
aproximadamente 2/3 de la resistencia a temperatura ambiente. Para hierros
ferríticos la disminución es menos pronunciada y a los 400`C la resistencia es
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aproximadamente ¾ del valor a temperatura ambiente. El sigma 0.2%, tanto
para hierros ferríticos como perlíticos, prácticamente se mantiene estable
hasta los 350-400`C, por encima de esta temperatura falla rápidamente. La
dureza en caliente se mantiene también hasta los 400`C, fallando por encima
de este valor.
Para temperaturas de hasta 300`C la tensión admisible en estructuras
estáticas, como a temperatura ambiente, puede basarse sobre los valores del
sigma 0.2% obtenidos a temperatura ambiente. A temperaturas superiores a
los 300`C las tensiones admisibles deben calcularse sobre datos de fluencia.
Una pequeña cantidad de molibdeno mejora considerablemente las
propiedades de resistencia y fluencia en caliente tanto para hierros ferríticos
como para perlíticos. Las mejoras que se consiguen con el agregado de Mo
permiten extender las propiedades de resistencia y fluencia hasta los 459`C.
PROPIEDADES DE TRACCIÓN A BAJAS TEMPERATURAS. Como para las
propiedades de impacto, hay una temperatura por debajo de la cual la
elongación a la tracción disminuye. El sigma 0.2% aumenta continuamente
con el descenso de la temperatura, pero la resistencia a la tracción sufre una
transición. Por encima del rango de temperatura de transición la resistencia a
la tracción tiende a permanecer constante o aumentar, pero una vez pasada la
temperatura de transición, la resistencia a la tracción disminuye. El silicio y el
fósforo aumentan la temperatura de transición y reducen la resistencia en el
rago dúctil.
(Hierro de propiedad mecánica)
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IX.PROPIEDADES FÍSICAS
COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA
Las características de expansión de las fundiciones de hierro son complejas
debido a las transformaciones que tienen lugar en la solución, debidas a la
precipitación del grafito, la grafitizacion de la perlita y la formación de austenita
por encima de los 700`C.
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
En algunas aplicaciones la resistencia a la corrosión del hierro dúctil es similar
a la del hierro gris y frecuentemente superior a la de los aceros. Los tubos de
hierro dúctil normalmente aplicados en cloacas, pueden ser protegidos por
anodinado, revestido de zinc, cubiertas plásticas y, en algunos casos,
revestido con poliuretano.
LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS MÁS IMPORTANTE Y SUS PROPÓSITOS
SON:
Aliviamiento de tensiones, tratamiento a baja temperatura, para reducir o
aliviar tensiones internas remanentes después de la colada.
Recocido, para mejorar la ductilidad y tenacidad, para reducir dureza y
remover carburos.
Normalizado, para mejorar la resistencia con algo de ductilidad.
Temple y revenido, para aumentar la dureza o mejorar la resistencia y una
más alta tensión de prueba (sigma 0.2).
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Austemperizado, para producir estructuras bainíticas de alta resistencia con
algo de ductilidad y buena resistencia al desgaste.
Endurecimiento superficial por inducción, para mejorar resistencia al desgaste.
Aliviamiento de tensiones: el objeto de este tratamiento térmico es remover
tensiones residuales sin causar ningún cambio en la estructura y propiedades.
Altas tensiones pueden presentarse después de la colada en fundiciones de
hierro dúctil de forma compleja y pueden ser sustancialmente removidas
mediante un tratamiento térmico a aproximadamente 500-600 `C. La fundición
típicamente es calentada a 50`C por hora, de 200 a 600`C, mantenida a 600`C
durante una hora por cada 25mm de espesor de sección más una hora y
luego enfriada en el horno a 50`C por hora por debajo de los 200`C, después
de lo cual la fundición puede ser enfriada al aire a temperatura ambiente. Esto
es de suma importancia para asegurar que la tasa de calentamiento y
enfriamiento sean lo suficientemente lentas para evitar shok térmicos y la
formación de nuevas tensiones debidas a altos gradientes de temperatura en
la fundición. El alivio de tensiones no es necesario para fundiciones recocidas,
pero puede ser requerido para fundiciones perlíticas as-cast y para aquellas
que han sido enfriadas al aire durante el normalizado.
RECOCIDO: el propósito principal del mismo es generar una estructura ferrítica y
remover perlita y carburos, longrandose así la máxima ductilidad y tenacidad. El
recocido puede ser usado para lograr propiedades específicas, como un 15% o más
de elongación. El tratamiento puede tener variantes, pero los más comunes son el
enfriamiento interrumpido, enfriamiento lento controlado y tratamiento en una sola
etapa.
o Enfriamiento interrumpido: la primera etapa es homogeneizar el hierro como
se ha descrito antes. Esto es seguido por un enfriamiento hasta 680-700 `C y
mantenido a esta temperatura de 4-12 hs para desarrollar la ferrita. Cuanto
mayor sea la pureza del hierro, mas corto será el tiempo requerido. Las
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fundiciones de forma sencillas pueden ser enfriadas en horno por debajo de
los 650 `C y enfriadas al aire, pero las fundiciones complejas que pueden
desarrollar tensiones residuales deben ser enfriadas en horno de acuerdo a
las recomendaciones mencionadas para el aliviamiento de tensiones.
o Enfriamiento lento controlado: la primer etapa es la homogenización como se
ha dicho antes; esto es seguido por un enfriamiento a razón de 30-60 `C por
hora desde los 800-650 `C. Hierros de más baja pureza requieren de tasas de
enfriamiento más lentas. El enfriamiento a temperatura ambiente se lleva a
cabo como el método interrumpido.
o Tratamiento de una sola etapa: la fundición es calentada desde la temperatura
ambiente hasta los 680-700 `C, sin una austenización previa, es entonces
mantenida a esta temperatura por 2-16 hs para que grafitice la perlita. El
tiempo aumenta con la disminución de la pureza del metal, y generalmente es
mayor que para los otros métodos debido a la falta de una homogenización
previa. El enfriamiento a temperatura ambiente se lleva a cabo como en el
método de enfriamiento interrumpido. Este tratamiento se aplica solo para
quitar la perlita en hierros con carburo no eutéctico. Si el hierro contiene
carburos debe usarse el método del enfriamiento interrumpido o el del
enfriamiento lento controlado.
SELECCIÓN DEL TRATAMIENTO DEL RECOCIDO: los recocidos más rápidos se
dan en los hierros de más alto contenido de silicio, bajo Mn, Cu, Sn, As y Sb, y
generalmente bajo contenido de partículas de elementos menores. Si el hierro no
contiene carburos cualquier método de los explicados se puede usar, pero para una
óptima ductilidad debe elegirse el método de enfriamiento interrumpido.
Debe remarcarse que con el tratamiento en una sola etapa los granos de
ferrita en la estructura serán menores que para los otros tratamientos y también será
menor la ductilidad y tenacidad. La temperatura de formación de ferrita de 680-700
`C, puede aumentarse con el aumento del contenido de silicio. El ciclo del recocido
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se puede variar para obtener estructuras de matrices mezcladas de perlita y ferrita,
con una alta resistencia y ductilidad intermedia. Un marcado aumento de las
dimensiones ocurre durante el recocido debido a la grafitización de la perlita y
carburos.
NORMALIZADO: consiste en calentar las fundiciones a alta temperatura con lo cual
éstas quedan completamente austenizadas, y cualquier carburo descompuesto,
seguido por un enfriamiento al aire en una tasa que produce una matriz de fino grano
perlítico con partículas de ferrita y libre de otros productos de la transformación.
El normalizado puede aplicarse para conseguir resistencias de 700-900 Mpa,
y para mejorar la relación entre el sigma 0.2 y la resistencia a la tracción. Un ciclo
típico es como el siguiente: El primer paso del tratamiento es la homogenización. Las
fundiciones son luego removidas del horno y enfriadas al aire a temperatura
ambiente. La tasa de enfriamiento al aire a través de un rango de 780-650 `C debe
ser lo suficientemente rápido para obtener una matriz completamente perlítica en la
sección de la fundición que es tratada.
Esto puede requerir el uso de un soplador de aire especialmente para
secciones de mayor espesor. En algunos casos las fundiciones son suspendidas
individualmente, agitadas o sacudidas sobre una criba, pero no solo depositadas
sobre el piso ni en cestos u otros contenedores. Esto completa el ciclo. Para lograr
una estructura sustancialmente perlítica, la matriz de hierro debe ser saturada en
carbono a la temperatura de austenizacion antes del enfriamiento al aire: esto se
logra instantáneamente si el hierro es sustancialmente perlítico as-cast.
Si el hierro contiene una matriz de ferrita as-cast, se requiere un tiempo más
largo a la misma temperatura o el mismo tiempo a una temperatura más alta para
lograr la adecuada solución de carbono de los nódulos de grafito. Como mayor sea la
tasa de enfriamiento, más fina será la perlita, la resistencia y la dureza aumentarán, y
la elongación puede disminuir.
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Al aumentar la temperatura de austenización, la resistencia aumenta y
disminuye la elongación, debido al alto contenido de carbono de la matriz. Los
elementos que promueven la formación de perlita en la condición as-cast son: Mn,
Cu, Ni y Sn, que acortan el tiempo requerido en el tratamiento y permiten obtener
estructuras completamente perlíticas en secciones de grandes espesores. En la
figura siguiente se muestra una típica estructura normalizada.
TEMPLE Y REVENIDO: el hierro dúctil de alta resistencia, generalmente superior a
700 Mpa y con una baja elongación, se obtiene calentando hasta 875-925 `C,
manteniendo esa temperatura por 2-4 hs o más si se requiere eliminar carburos,
apagando en un baño de aceite para producir estructura de martensita, y luego
revenido a 400-600 `C para producir una matriz de estructura de martensita revenida.
Deben tomarse recaudos para evitar fracturas complicadas en las
fundiciones durante el apagado, esto se logra apagando en aceite caliente a, por
ejemplo 100 `C, seguida por un enfriamiento final a temperatura ambiente. Este paso
también puede hacerse apagando en aceite caliente a 200 `C y luego enfriando a
temperatura ambiente, pero en baño de agua para obtener la estructura y
propiedades deseadas.
Para un buen temple, durante el apagado debe obtenerse una estructura
completamente martensítica, y excepto para secciones muy delgadas, esto requiere
de aleación con elementos que mejoran la templabilidad: Cu, Ni, Mn y Mo, aumentan
la templabilidad con creciente eficiencia. El Cu puede ser usado con poca frecuencia
en el hierro dúctil debido a su limitada solubilidad.
Aun cuando el silicio aumenta la templabilidad en los aceros, tiene un efecto
opuesto en el hierro dúctil disminuyendo la solubilidad del carbono, mientras que
aumentando el contenido de carbono también disminuye ligeramente la templabilidad
por el aumento de la cantidad de grafito en relación con el carbono en solución. En la
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práctica, el aumento de la templabilidad se logra por combinación de elementos
aleantes. Las combinaciones listadas en la tabla siguiente son ejemplos que
muestran los efectos del Mn, Ni y Mo, en el aumento de la templabilidad.
El revenido debe hacerse en un horno con circulación de aire como mínimo durante 4
hs, tiempo en el cual hay una progresiva disminución de la resistencia y la dureza y
un aumento de la ductilidad.
AUSTEMPERING (revenido austenítico): si el hierro dúctil es austenizado y
apagado en un baño salino o en un baño de aceite caliente a 320-550 `C y
mantenido en esta temperatura, se da lugar a una transformación hacia una
estructura que contiene principalmente bainita con una proporción menor de
austenita. Los hierros que son transformados de esta manera son denominados
hierros dúctiles austemperizados.
Este proceso genera un rango de estructuras que dependen del tiempo de la
transformación y de la temperatura del baño donde ésta tiene lugar. Las propiedades
se caracterizan por una muy alta resistencia, algo de ductilidad y tenacidad, y
frecuentemente buena resistencia al desgaste: las propiedades dependen
principalmente de la temperatura y del tiempo, típicamente este tratamiento se
clasifica en dos categorías: - calentar a 875-925 `C, mantener en esta temperatura
de 2-4 hs, apagar en baño salino hasta 400-450 `C, mantener de 1-6 hs y enfriar a
temperatura ambiente.
Lo mismo que antes, pero mantener de 1-6 hs a 235-350 `C. El primer
tratamiento mencionado produce alta ductilidad y alta resistencia con una dureza
intermedia. El segundo produce muy alta resistencia con algo de ductilidad y una
excelente dureza. El austempering tiene éxito sólo si en el apagado se evita la
formación de perlita. Esto puede requerir la presencia de elementos aleantes para
secciones mayores de 15 mm. Las aleaciones típicas son: de Cu, Ni y Mo. El Mn
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generalmente no se recomienda porque crea segregación, lo cual puede ser un
obstáculo para lograr la última combinación de propiedades.
La alta resistencia al desgaste se da cuando existe un alto contenido de
austenita residual, la cual resulta de emplear tiempos cortos y transformación
incompleta a bainita y esto se favorece con un alto contenido de elementos aleantes,
en especial, por un contenido relativamente alto de silicio en el hierro dúctil.
ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL: estos tratamientos consisten en endurecimiento
por llama o inducción, nitruración y refundido superficial por láser.
ENDURECIMIENTO POR LLAMA O INDUCCIÓN: Es generalmente empleado para
producir una dura capa superficial sobre la fundición. La llama o un serpentín
especialmente formado es pasado por la superficie de la fundición en una tasa que
hace subir la temperatura de la superficie a 850-950 `C a una profundidad cercana a
2-4 mm.
La llama o fuente de inducción es seguida por un apagado con agua,
produciendo una capa martensítica con una dureza de 600-700 Hv. El desarrollo de
la máxima dureza depende del contenido de carbono de la matriz, la cual se
transforma a austenita una vez calentado y a martensita durante el apagado.
El tiempo conferido normalmente no permite una adecuada solución del
carbono en las estructuras inicialmente ferríticas de la matriz: por lo tanto es
importante usar grados de hierro completamente perlíticos para el endurecido por
llama o inducción. La profundidad de endurecido lograda puede ser aumentada por
aleación, como se indica continuación.
El endurecimiento por llama e inducción se usa para endurecer componentes que
requieren una gran resistencia al desgaste, tales como balancines, levas,
laminadores y engranajes, y puede reducir la cantidad de desgaste por 5-6 veces.
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Nitrurado: es un proceso que implica la difusión de nitrógeno en la superficie a una
temperatura de 550-600 `C. La fuente más común del nitrógeno es el amoníaco, y el
proceso produce una capa superficial de 0.1 mm de profundidad con una dureza de
aproximadamente 1100 HV.
La capa superficial es normalmente blanca y uniforme en una
microestructura atacada, pero las agujas de nitruro pueden encontrarse justo debajo
de esta. Algunos elementos aleantes pueden usarse para aumentar la dureza. Se
han logrado buenos resultados con 0.5-1 % de Al, Ni y Mo. El nitrurado provee
además de una alta dureza una gran resistencia anti desgaste, mejora la vida útil y la
resistencia a la corrosión.
Las aplicaciones típicas son: en cilindros, cojinetes y pequeños ejes y
árboles. La nitruración puede también ser llevada a cabo en baños líquidos salinos
basados en cianuro. Tales procesos son a baja temperatura, por lo que disminuirá la
profundidad. Este proceso también puede realizarse en plasma, pero es muy
costoso.
ENDURECIDO POR REFUNDIDO: con el más alto calentamiento local obtenible por
plasma o láser es posible conseguir fundir una muy pequeña área sobre la superficie
de un componente de hierro dúctil. Esta área resolidifica rápidamente por el efecto de
auto apagado de la masa fundida.
La región refundida y resolidificada tiene una estructura de hierro blanco que
es sustancialmente libre de grafito y por lo tanto tiene una alta dureza y resistencia al
desgaste. El área que es fundida por un láser de 2 Kw es muy pequeña, típicamente
1.5 mm de diámetro, 0.5-2 mm de profundidad, y tiene una dureza cercana a los 900
HV sin fracturas. El área endurecida por este método encuentra gran utilidad en
levas, balancines y otros pequeños componentes sujetos a desgaste por rozamiento.
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HIERROS FUNDIDO ALEADO.
(Walton, 1981, Petty, 1968, ASTM A 352 y otros) clasifican a los hierros de
elevada aleación como un grupo independiente de aleaciones de hierro fundido,
donde las propiedades dependen directamente de la influencia de los elementos de
aleación.
En estas aleaciones de hierro fundido, el contenido de aleación está bien por
encima del 4% y consecuentemente no pueden ser producidos por aleación en
cuchara, como el resto de las aleaciones conocidas. Ellos usualmente son
producidos en fundiciones con equipamiento especializado para producir hierros de
elevada aleación. Sin embargo esta afirmación es solo aplicable cuando la suma total
de los elementos de aleación está muy por encima de 4%.
(Petty,1968, Sy, 1959, Krause, 1969 y muchos otros, entre los que se
encuentra un artículo 10 de Key-to Steel, 2000) señalan que los elementos como el
cobre y el níquel tiene un efecto grafitizante durante la transformación eutéctica, sin
embargo durante la transformación eutectoide dificultan la difusión del carbono
promoviendo la formación de carbono combinado; mientras otros elementos como el
cromo y el molibdeno son formadores de carburos y aumentan su estabilidad. El
manganeso favorece la formación de carbono combinado, además de tener una
afinidad especial con el azufre, lo cual le proporciona una aplicación insustituible.
Otro efecto de estos elementos es conducir el proceso de solidificación
según los mecanismos de transformación de la austenita en perlita, bainita o
martensita y de ahí la formación de diferentes microestructuras.
Petty, 1968 y en un sitio de la Key-to-steel, 2000 señala que entre los hierros
de elevada aleación se destacan:
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Los hierros aleados con níquel: los cuales deben ser templados para ser usados
en aplicaciones donde predomine el desgaste abrasivo. Su matriz es austenítica.
Un material típico de este grupo es el Ni-Resist resistente a la corrosión y al calor.
Los hierros aleados con cromo: presentan elevada dureza y resistencia al
desgaste abrasivo. Este tipo de hierro aleado es muy poco maquinable.
Aleados con cromo y níquel: entre este tipo de hierros se destaca el Ni-Hard, el
cual presenta una matriz martensítica con carburos del tipo (Fe,Cr)3C, con
durezas elevadas, pero con una maquinabilidad muy limitada.
Aleados con molibdeno: el molibdeno es el endurecedor más efectivo del hierro
fundido. Se emplean niveles de 1% generalmente y provoca la formación de
estructuras aciculares con una elevada dureza, lo cual limita considerablemente
su maquinabilidad.
Estos hierros fundidos ya no resultan tan baratos como el hierro gris no
aleado y también presentan menor colabilidad y maquinabilidad que éste.
HIERRO FUNDIDO ALEADO RESISTENTE AL DESGASTE ABRASIVO.
En las especificaciones dadas por la ASTM A 352 clasifican a los hierros de
alta aleación en un grupo independiente y proponen entre ellos a: Hierros blancos al
cromo-níquel, son conocidos también como Ni-Hard (tipos del 1 al 4) y contienen
contenidos de cromo bajos, (de 3 a 5% de níquel y de 1 a 4% de cromo, con una
modificación en la que el cromo se eleva de 7 a 11 % de cromo), Hierros al cromo-
molibdeno, que contienen de 11 a 23% de cromo y hasta 3% de molibdeno y
adicionalmente se adicionan níquel o cobre. Un tercer grupo de Hierros blancos
aleados con elevado contenido de cromo (de 25 a 28% de cromo) los cuales pueden
ser aleados además con otros elementos como el molibdeno y/o níquel hasta 1,5%.
Los hierros blancos aleados ofrecen una considerable versatilidad en sus
propiedades, que lo hacen útil en aplicaciones donde es necesaria la resistencia a la
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abrasión. La composición del hierro blanco aleado se selecciona para obtener una
distribución determinada en los carburos y una matriz que brinden una vida de
servicio elevada y una efectividad de costos.
Mientras las fundiciones de hierro blanco de baja aleación, con un contenido
de elementos de aleación inferior a 4%, desarrollan durezas entre 350 y 550 HB, los
hierros de elevada aleación alcanzan durezas entre 450 y 800 HB. Los carburos en
los hierros blancos aleados presentan durezas del orden de 900 a 1 200 HV y las
matrices martensíticas con austenita residual llegan a durezas del orden de 600 a
700 HV.
HIERROS BLANCOS AL CROMO-NÍQUEL
El grupo más Viejo entre los hierros blancos de elevada aleación, con
importancia industrial, es el aleado con cromo y níquel, o Ni-Hard, los cuales han
sido producidos durante más de 50 años con un costo muy efectivo pata la molida y
trituración de materiales abrasivos.
En estos hierros blancos martensíticos, el níquel es elemento primario de
aleación debido a que en niveles entre 3 y 5% es muy efectivo, para suprimir la
transformación de la austenita en perlita, asegurando así que la estructura dura de la
martensita (que usualmente contiene austenita retenida) se desarrolle durante el
enfriamiento en los moldes. El cromo se incluye en estas aleaciones en niveles
desde 1,4 a 4% para asegurar que se formen carburos durante la solidificación y
contrarrestar el efecto grafitizante del níquel.
La composición optima de un hierro blanco aleado al cromo-níquel depende
de las propiedades requeridas para las condiciones de servicio y las dimensiones y
peso de las piezas. La resistencia a la abrasión es una función de la dureza y del
volumen de carburos en la microestructura. Cuando la resistencia a la abrasión es el
principal requerimiento y la resistencia al impacto el requerimiento secundario, se
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recomienda el empleo de aleaciones de levado contenido de carbono (ASTM A 532
Clase I Tipo A Ni-Hard 2) porque presentan menos carburos y además, mayor
resistencia. Un grado especial es el Clase J Tipo C, el cual se ha desarrollado para la
producción de bolas para la trituración. Aquí la composición de níquel-cromo ha sido
adaptada para fundiciones templadas y procesos especiales de fundición de piezas
en arena.
La aleación Ni-Hard 4, Clase I tipo D es una modificación de los hierros al
cromo-níquel, la cual contiene niveles más elevados de cromo, que van desde 7 a
11% y niveles superiores de níquel, que van desde 5 a 7%. El carbono es variado de
acuerdo a las propiedades que se necesitan para el servicio previsto. Contenidos de
carbono en el rango de 3,2 a 3,6% se proponen cuando se desea un máximo en la
resistencia a la abrasión. Cuando se espera un resistencia al impacto considerable el
contenido de carbono se mantiene de 2,7 a 3,2%
El contenido de níquel se incrementa con el tamaño de la sección o el tiempo
de enfriamiento de las piezas, para inhibir la transformación perlítica. Pata
fundiciones de 38 a 50 mm de espesor, el contenido de níquel se mantiene entre 3,4
y 4,2 % para suprimir la transformación perlítica durante el enfriamiento en el molde.
Las secciones más gruesas requieren niveles de níquel hasta 5,5% para evitar la
transformación perlítica. Es importante limitar el contenido de níquel necesario para
el control de la formación de perlita, pues el exceso de níquel eleva la austenita
retenida y baja la dureza.
El silicio se necesita por dos rezones. Una pequeña cantidad para garantizar
la fluidez del metal fundido y producir escoria fluida, pero de igual manera es
importante su efecto sobre la dureza. Contenidos de silicio entre 1 y 1,5%, elevan el
contenido de martensita y la dureza resultante. La modificación con 0,2% de FeSi al
75% es reportado para aumentar la resistencia del material. Contenidos superiores
de perlita pueden promover la formación de perlita y requerir el incremento de níquel.
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El cromo es añadido para suprimir el efecto grafitizante del níquel y el silicio
en los tipos A, B y C, en rangos que van de 1,4 a 3,5%. El cromo se incrementa
según aumenta la sección de las piezas. En el tipo D, el nivel de cromo alcanza
valores entre 7 y 11%(típicamente 9%) con el propósito de producir carburos
eutécticos de cromo del tipo M7C3 , los cuales son más duros y deterioran menos la
resistencia.
El manganeso se mantiene típicamente entre 0,8% y hasta 1,3% como
máximo como en la ASTM A 532. mientras aumenta la templabilidad evita la
formación de perlita, es un estabilizador de la austenita que el níquel y promueve
cantidades de austenita retenida grandes y menos dureza como fundición. Por esta
razón cantidades superiores de manganeso no son deseadas. Cuando se considere
el contenido de níquel requerido para evitar la perlita en una fundición dada, el nivel
de manganeso presente tiene que ser un factor a considerar.
El cobre incrementa la templabilidad y la austenita retenida, por lo que su
cantidad debe ser controlada al igual que la del manganeso. El cobre debe ser
tratado como un sustituto del níquel e incluido en los cálculos para la cantidad de
níquel requerido para inhibir la formación de perlita, reduce la cantidad de níquel
requerida.
El molibdeno es un potente agente para aumentar la templabilidad en estas
aleaciones y es usado en secciones gruesas para aumentar la templabilidad e inhibir
la formación de perlita.
HIERROS BLANCOS CON ELEVADO CROMO.
Los hierros blancos con elevado cromo tienen una excelente resistencia a la
abrasión y son usados efectivamente en bombas de lodos, moldes de ladrillos,
molinos de carbón y equipos de sand blasting, también se usan en la transportación,
molida y trituración de minerales. En algunas aplicaciones de este tipo de hierro las
piezas deben soportar cargas de impacto. Son reconocidos, además como los de
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mayor combinación de resistencia y resistencia a la abrasión entre los hierros
blancos aleados.
En los hierros aleados con elevado contenido de cromo, como en los
materiales resistentes a la abrasión coexisten la tenacidad de la matriz y la
resistencia al desgaste. Variando la composición química y mediante tratamiento
térmico, estas propiedades pueden ser ajustadas para alcanzar las necesidades de
la mayoría de las aplicaciones donde se necesite resistencia a la abrasión.
El hierro al cromo-molibdeno (clase II) contiene entre 11 y 23% de cromo y
hasta 3,5% de molibdeno y puede mostrar una matriz austenítica o austenítica-
martensítica. O con tratamiento térmico obtener una matriz martensítica con una
máxima resistencia a la abrasión y tenacidad. Son considerados los hierros blancos
aleados más duros. Comparados con los hierros aleados al cromo-níquel, los
carburos eutécticos son más duros y pueden ser tratados térmicamente para obtener
fundiciones de mayor dureza.
El molibdeno, como el níquel y el cobre, cuando son necesarios, son
añadidos para prevenir la formación de perlita y asegurar una dureza máxima.
Los hierros de alto contenido de cromo (Clase III) representan el más viejo de los
grados de hierro de alto contenido de cromo, las patentes más antiguas datan del
1917, según señala Petty, 1968, estos hierros son también conocidos como 25% Cr y
28% Cr y contienen hasta 1,5% de Molibdeno. El molibdeno se añade para prevenir
la formación de perlita y obtener la máxima dureza, excepto en las secciones finas.
Aleando con cobre hasta 1% también es usual.
Aunque la dureza obtenida no es tan elevada como en la clase II de los
hierros blancos aleados con cromo y molibdeno. Estas aleaciones se seleccionan
cuando se desea también resistencia a la corrosión.
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HIERROS BLANCOS CON ALTO CROMO MODIFICADOS CON MOLIBDENO
La ASTM A532 establece las especificaciones en la clase II para hierros con
alto cromo modificados con molibdeno. Estas aleaciones muestran una combinación
de la resistencia a la abrasión y resistencia que no se obtienen en otros hierros
blancos. Su uso se extiende exitosamente por la industria minera.
Los tipos B y C poseen contenidos de cromo inferiores ( 14 a 18%) y el
molibdeno se eleva hasta 3%. [34] una composición de un hierro de este tipo se
presenta a continuación:
%C 3,0-3,5 %Si 0,3-
0,6
%Cr 15-18 %Mn 0,5-
0,9
%Mo 2,8-
3,3
La Clase II tipos D y E son hierros blancos resistentes a la abrasión con un
contenido de cromo de 20%, un contenido de 1 a 2% de molibdeno, 1% de níquel o
cobre, los cuales se añaden para adecuar la templabilidad en las secciones más
gruesas.
La matriz de los hierros blancos aleados con alto cromo y molibdeno es
austenítica (510-520 HV10). La adición de cobre o níquel impide la transformación a
perlita, aun con altos contenidos de carbono según Tian, 2002. Con tratamiento
térmico la dureza de la matriz se incrementa hasta cerca de 800 HV10, debido a que
es martensítica con alguna austenita retenida.
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X.Conclusiónes
Este trabajo ha servido para poder reforzar algunos contenidos y para recordar lo ya aprendido de modo que os pueda ayudar a comprender mejor el tema.
Al finalizar este trabajo dominaremos el concepto de hierro fundido, y sus características y su clasificación según lo aprendido los hierros fundidos son empleados en la elaboración de grafitos y tiene una gran resistencia.
¿Desde el punto de vista como estudiante de ingeniería mecánica y eléctrica?:
Utilizaste los conceptos elementales estudiados
Aplicaste los conceptos para resolver trabajos y representar en la elaboración de grafitos.
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