INDICE:
Diagrama metaestable Fe-C para la zona de las
fundiciones. Influencia del Si.
Influencia del S y Mn, Influencia del P.
El grafito.
La cementita, la ferrita, la ledeburita, la perlita
dentro de las fundiciones grices.
La transformación a la temperatura de Eutectoide.
1
FUNDICIONES DE HIERRO
Las fundiciones blancas son aleaciones Fe-C cuyos procesos de
solidificación y de transformación se realizan de acuerdo con las leyes
generales del diagrama Fe-C metaestable, que se utiliza para el estudio de
los aceros.
2
FUNDICIONES DE HIERRO
Están constituidas fundamentalmente por perlita y cementita
En la microestructura, grupos de grandes
cristales negros de perlita, derivados de la
austenita primaria.
Esos núcleos negros están rodeados por
agrupaciones seudoeutecticas derivadas de la
ledeburita, formadas por cementita y perlita
3
FUNDICIONES DE HIERRO
Las fundiciones blancas hipereutecticas, tienen
muy poco interés industrial, están formadas por
grandes masas de cementita primaria y
agrupaciones de perlita y cementita derivadas
de la ledeburita. Estas 2 clases de fundiciones
blancas, junto con las eutecticas, presentan,
fracturas blancas y brillantes y en general son
muy duras, frágiles y tienen poca tenacidad.
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FUNDICIONES DE HIERRO
En las fundiciones grises, atruchadas, perlititas, nodulares etc pertenecen a
una familia muy diferente de las fundiciones blancas.
En su microestructura además de ferrita, cementita y perlita, aparece un
nuevo constituyente, el grafito, cuya formacion no pertenece al diagrama
metaestable.
En las fundiciones grises y atruchadas el grafito aparece en forma de
laminillas mas o menos dispersas en la masa del metal.
El carbono en forma de grafito ocupa un volumen mucho mayor que el
combinado de las fundiciones blancas, por eso las fundiciones grises tienen
un peso especifico menor que en las blancas ( 7,25 contra 7,7 Kg /dm³
En los procesos de solidificación las fundiciones blancas se contraen un
4,4%, las grises un 2,1% y los aceros un 5,2%
Grafito
Grafito
Grafito
Ferrita
Fundición Gris
Fundición Atruchada
Perlita
Perlita
Fundición Blanca
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FUNDICIONES DE HIERRO
Las diferencias que existen entre las fundiciones del diagrama metaestable
y las reales son debidas a la presencia de silicio en proporciones que
varían desde 0,6 al 3,5 %.
El silicio se presenta en forma de siliciuro de Fe disuelto en la ferrita, en la
metalografía no se distingue. En proporciones entre 0,1 al 0,5 % no ejerce
influencia,
La diferencia del % de Si, nos
indica el tipo de fundición que
tenemos, con 0,5% de Si, es
fundición blanca. Con 2,5% Si
tenemos fundición gris.
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FUNDICIONES DE HIERRO
En las fundiciones, además del Si y la velocidad de enfriamiento, también
tiene una gran influencia en la formacion de grafito los contenidos de C,S
y Mn.
El carbono favorece la grafitizacion, una influencia similar a la del Silicio.
En tanto la presencia del Mn y el S ejercen una influencia contraria.
Influencia del espesor de la
pieza
La velocidad de enfriamiento,
depende del espesor y del tipo
de molde empleado.
Los enfriamientos rápidos
tienden a formar fundición
blanca y los lentos favorecen
la formacion de grafito
7
FUNDICIONES DE HIERRO
8
FUNDICIONES DE HIERRO
El diagrama Fe – C de los aceros y fundiciones blancas se llama
diagrama metaestable, donde el contenido de Si es bajo.
Las fundiciones grises se estudian con el diagrama estable, este
diagrama esta levantado y corrido hacia la izquierda (línea de puntos).
El Si esta en un porcentaje entre 0,6 % y 3,5 %, los componentes de la
aleación son Fe y grafito.
Formacion del grafito: La aparición del grafito en vez de cementita, es
debida a la inestabilidad de la cementita en determinadas circunstancias
y condiciones que hacen imposible su existencia y favorecen la
formacion del grafito. El % de silicio y enfriamiento lento favorecen la
formacion de grafito. La presencia de Mn, S y Cr favorecen la formacion
de cementita y por lo tanto entorpecen la formacion de grafito.
En algunos casos el grafito se forma solo por exceso de C y en otros se
produce por desdoblamiento de la cementita según la reacción
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3Fe + C
Fe3C
FUNDICIONES DE HIERRO
Influencia del azufre (S).
El S se opone a grafitizacion del C y favorece la formacion de la cementita.
Su influencia en ausencia del Mn es verdaderamente sencible. El S tiene
una fuerte afinidad con el Mn y al combinarse ambos elementos forman
sulfuro de manganeso, que no tiene ninguna influencia en la formacion de
grafito o de la cementita.
El S cuando esta en proporsiones importantes forma SFe, y tiende a
blanquear las fundiciones grises, aparece segregado en las zonas centrales
cerca de la mazzarotta. Entonces ocurre que la zona central es mas dura que
la periferia, a este fenómeno se lo llama “temple invertido”
Manganeso (Mn)
El Mn se opone lo mismo que el S a la formacion de grafito, favorece
entonces la formacion de cementita.La proporción de Mn es de 0,4 al 1,5%.
Oxigeno (O)
El O es también un enérgico antigrafitizante, con % entre ,002 y 0,020, forma
óxidos de Fe, Mn, Si,Al. Forma rechupes, la colabilidad disminuye.
10
FUNDICIONES DE HIERRO
Influencia del Fósforo (P)
El P se suele añadir a la fundición
con el objeto de favorecer su
colabilidad y se emplea cuando se
quiere fabricar piezas de forma
complicada o de carácter
ornamental.
No ejerce influencia sobre el
grafito. Su presencia aumenta la
dureza y fragilidad.
La mejora de la colabilidad de las fundiciones por la presencia del P es
debida a la formacion de un eutectico llamado Steadita, de bajo punto de
fusion que suele aparecer en los contornos de los granos.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Características Mecánicas de las Fundiciones.
Las fundiciones de mayor dureza son las que tienen los constituyentes mas
duros. Cuanto mas cementita tiene es mas dura, las que tienen ferrita y
grafito son mas blandas, las atruchadas y las perliticas tienen dureza
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intermedia.
FUNDICIONES DE HIERRO
FUNDICIONES NODULARES:
La principal característica de las fundiciones nodulares es su resistencia a
la tracción de 50 a 55 Kg/cm².
Se consigue con la adición de ciertas cantidades de cerio a la fundición
liquida y el agregado además ferro-silicio o silico-calcio, le proporciona
carbono que se transforma en esferoidal y se llega a eliminar todos
vestigios del grafito laminar.
Como la adicion de cerio hace bastante complicada la fabricacion de
fundiciones nodulares, se hicieron ensayos agregando magnesio con
excelentes resultados. Si bien las fundiciones con Mg, pueden contener
composiciones diversas, los mejores resultados se obtienen con
porcentajes altos de C y Si. Se suelen emplear C= 3,5%, Si= 2,5%, C+Si=
6%, carbono equivalente de 4,4% a 4,7 %
13
FUNDICIONES DE HIERRO
FUNDICIONES NODULARES:
La adición a la fundición
liquida del magnesio o de
otros elementos alcalinos o
alcalinotérreos que por sus
propiedades actúan como
desoxidantes, desulfurantes,
y estabilizadores de
carburos, alteran el normal
mecanismo de solidificación
de la fundición provocando
la separación del grafito en
forma nodular.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Fundición Nodular
Técnicas de la fundición
Cubilote
Cuchara de colada
Moldes
Modelos
Noyos
Moldeado
Carbono equivalente: CE= %C + 0,3 %Si + 0,33 % P – 0,027 % Mn + 0,4 % S
CE= %C + 1,3 %Si
CE= %C + 0,3 %Si + %P
Este CE se usa para determinar si la aleación es hipoeutectica, eutectico, o
hipereutectico, para una fundición de Fe 4,3 %C. Cuando esta fundición de
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Fe es usado para determinar la estructura final.
Cast iron
FUNDICIONES DE HIERRO
For cast iron the equivalent carbon content (CE) concept is used to understand how
alloying elements will affect heat treatments and casting behaviors. The following
formulas are used to determine the CE:[4]
[5]
[6]
This CE is then used use to determine if the alloy is hypoeutectic, eutectic, or
hypereutectic; for cast irons the eutectic is 4.3% carbon. When casting cast iron this is
useful for determining the final grain structure; for example, a hypereutectic cast iron
usually has a coarse grain structure and large kish graphite flakes are formed.[7] Also,
there is less shrinkage as the CE increases.[6] When heat treating cast iron, various CE
samples are tested to empirically determine the correlation between CE and hardness.
The following is an example for induction hardened gray irons:[5]
Composition
Hardness [HRC] (convert from hardness
Carbon
†
[%]
test)
equivalent‡
C
Si
HRC
HR 30 N
Microhardness
3.13
1.50
3.63
50
50
61
3.14
1.68
3.70
49
50
57
3.19
1.64
3.74
48
50
61
3.34
1.59
3.87
47
49
58
3.42
1.80
4.02
46
47
61
3.46
2.00
4.13
43
45
59
3.52
2.14
4.23
36
38
61
†
Each sample also contained 0.5–0.9 Mn, 0.35–0.55 Ni, 0.08–0.15 Cr, and 0.15–0.30
Mo.
‡
Using the CE second equation.
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FUNDICIONES DE HIERRO
FUNDICION NODULAR
La fundición nodular, dúctil o
esferoidal se produce en hornos
cubilotes, con la fusión de arrabio y
chatarra mezclados con coque y
piedra caliza. La mayor parte del
contenido de carbono en el hierro
nodular, tiene forma de esferoides.
Para producir la estructura nodular el
hierro fundido que sale del horno se
inocula con una pequeña cantidad de
materiales como magnesio, cerio, o
ambos. Esta microestructura produce
propiedades deseables como alta
ductilidad, resistencia, buen
maquinado, buena fluidez para la
colada, buena endurecibilidad y
tenacidad. No puede ser tan dura
como la fundición blanca, salvo que
la sometan a un tratamiento térmico,
superficial, especial.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Este tipo de fundición se
caracteriza por que en ella el
grafito aparece en forma de
esferas minúsculas y así la
continuidad de la matriz se
interrumpe mucho menos que
cuando se encuentra en forma
laminar, esto da lugar a una
resistencia a la tracción y
tenacidad mayores que en la
fundición gris ordinaria. La
fundición nodular se diferencia
de la fundición maleable en que
normalmente se obtiene
directamente en bruto de colada
sin necesidad de tratamiento
térmico posterior.
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FUNDICIONES DE HIERRO
El contenido total de carbono
de la fundición nodular es igual
al de la fundición gris. Las
partículas esferoidales de
grafito se forman durante la
solidificación debido a la
presencia de pequeñas
cantidades de magnesio o
cerio, las cuales se adicionan
al caldero antes de colar el
metal a los moldes, la cantidad
de ferrita presente en la matriz
depende de la composición y
de la velocidad de enfriamiento
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SINOPTICO DEL PROCESO DE UNA FUNDICION DE HIERRO
Abril de 2006
10
10 PLANIFICACION DEL
MATERIAL A FUNDIR
20
30
Control del material extraído
Colado en moldes
50
Rotura de los moldes
60
Eliminación de las
coladas
70
Amolado de las rebabas
90
10
Modelos, Noyos,
Tierra de moldeo
31
Diseño y fabricac.
del modelo
32
Diseño y fabric.
del noyo
33
Preparación de la
tierra de moldeo
34
Moldeo en la
cancha
Carga del Horno Cubilote
40
80
Arrabio, Chatarra,
Fe/Mn,
10
Moldeo en
coquilla
35
10 Limpieza de las
piezas
Moldes
metálicos
Granallado / arenado
20
Expedición
FUNDICIONES DE HIERRO
• Los modelos sirven para hacer los
moldes en tierra de moldeo .Los
modelos mas comunes se hacen de
madera Para grandes series se
eligen materiales metálicos, aluminio
o alguna de sus aleaciones.
Nunca los modelos tienen las
medidas de las piezas terminadas,
debido al fenómeno de la contracción
y del sobreespesor necesario para el
mecanizado de las
piezas.Contracción: es el
achicamiento que sufren las piezas al
pasar del estado líquido al sólido.La
contracción es una característica de
cada material, el modelista debe
preveer este fenómeno
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FUNDICIONES DE HIERRO
Los modelos de piezas sin huecos interiores se
hacen igual que la pieza, mas los
sobreespesores para mecanizado o
contracción. Los modelos se hacen
yuxtaponiendo las vetas de la madera.
Los modelos de piezas con huecos interiores,
la parte interior se hace mas grande teniendo
en cuenta la contracción.
Los huecos serán formados por una pieza de
arena llamada noyo.
El modelo tiene salientes llamados “portada”
dentro de las mismas se coloca el noyo.
El noyo consiste en un modelo de arena
prensada, tiene un esqueleto de alambre que
sobresale del mismo de donde se cuelga en la
estufa para su secado.
Cajas de noyo: son moldes que permiten
fabricar el noyo, hay que tener las mismas
precauciones que en los modelos.
22
22
FUNDICIONES DE HIERRO
Los modelos se
pintan con barniz
al alcohol , se
usan maderas de
pino blanco,
cedro, raulí, etc.
Caja
de
noyo
Pieza
Modelo
Noyo
Modelo
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FUNDICIONES DE HIERRO
Salida de gases
Colada
con
caída
lateral
a sifón
Noyo
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FUNDICIONES DE HIERRO
El método de moldeado es muy antiguo y al mismo tiempo actual, sea
el moldeado manual, mecanizado, artístico o de piezas únicas
Sobre
Cajas
metálicas
Fondo
Tierra o
arena de
moldeo
Noyo
Hay distintos sistemas de colada,
Directa: el metal cae directo al molde.
Colada lateral o colada fuerte: El agujero de colada esta separado y
penetra por la parte baja del molde y sube por vasos comunicantes.
Colada a sifón: El chorro no incide directo y se atenúa el choque.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Las cajas es el recipiente donde se
prepara el molde, es metálica, abierta
abajo y arriba, tiene manijas para
tomarla en el moldeo manual, tiene
gorrones para moverla en el caso del
moldeo mecánico o de grandes piezas.
Es tan importante en la técnica de
moldeo que muchas veces se puede o
no fabricar una pieza solo en el caso
en que el fundidor tenga o no la caja.
Se denominan : “sobre” a la superior,
“fondo” o “bajera” a la inferior, si
hubiera intermedias se llaman “fajas”.
Tienen pernos guías para hermanar la
parte superior e inferior del molde.
26
FUNDICIONES DE HIERRO
Los modelos pueden ser para piezas únicas, o como en los casos en que
las piezas deban fabricarse muchas veces en el tiempo se usan moldes
múltiples o placas múltiples. En general se usan para piezas simples.
27
FUNDICIONES DE HIERRO
Moldeado a mano: Existen varias maneras, una de ellas es la llamada por
“falsa caja”, en la “bajera se coloca tierra de moldeo, se apisona
ligeramente, se coloca el modelo hasta la mitad, luego se coloca el “sobre”
por los pernos guias, se llena de tierra de moldeo, se colocan los montantes
y la colada, se apisona fuertemente, se abre la caja, se extrae el modelo, se
retoca el molde, se cierra la caja, se coloca en la cancha de moldeo, se
desarma la caja, y se comienza de nuevo.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Armado de las cajas
Se arman en la cancha,
de la fundición, los
moldes se arman de a
uno. Se rellenan los
espacios entre moldes
con tierra quemada.
Se preparan para
recibir el material, luego
se enfria y se rompen
los moldes, se sacan
las piezas, se limpian,
se le sacan los
montantes y la colada,
se elimina la colada.
Se saca la arena y se
limpia la cancha y se
vueve a empezar.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Moldeado a máquina, en las fundiciones o
funderias grandes se usa el moldeado a
máquina, estas máquinas se usan para
piezas grandes, a veces complicadas, en
las que se requiere además de grandes
presiones, que la misma sea homogénea en
todo el molde, y muchas veces que el
molde sea girado usando un aparejo.
Las máquinas pueden ser neumáticas o
hidráulicas, son muy fuertes y toscas, ya
que trabajan con tierra muy fina y con flujos
de aire. La modalidad es igual que el
moldeo manual, se coloca el “fondo”, y
dentro de él medio molde invertido, se
cubre con tierra de moldeo, se apisona, se
empareja, se gira el “fondo”, se coloca el
otro medio molde, el “sobre” guiado sobre el
“fondo, las coladas, los montantes, la tierra
de moldeo, se apisona, se abre, se saca el
modelo, se retoca, se cierra y se baja.
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FUNDICIONES DE HIERRO
31
FUNDICIONES DE HIERRO
32
FUNDICIONES DE HIERRO
Las herramientas del moldeador
son elementales y antiquísimas,
pero siempre actuales, en este
tipo de tarea se requiere gran
habilidad del operador.
Con estos elementos el
moldeador se asegura
que el molde quede en
condiciones de recibir el
material fundido.
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FUNDICIONES DE HIERRO
MOLDEO POR CENTRIFUGACION: para hacer los caños de fundición,
se utiliza el método de centrifugación, con ello se reemplaza el costoso
método de moldeado en tierra, por una coquilla metálica refrigerada.
Esta coquilla cilíndrica de diámetro y longitud determinada gira a una
velocidad suficientemente grande y el material fundido es volcado en su
interior, la fuerza centrifuga y la correcta dosificación del material hacen
que el espesor del caño sea homogéneo. Esta forma de fundir permite
que las piezas no tengan poros ni rechupes gracias a la compactación del
material contra las paredes del molde.
El caño luego de enfriado es sometido a un tratamiento térmico de
recocido en hornos de túnel.
Las coquillas son moldes metálicos refrigerados, las piezas obtenidas por
este método son de fundición blanca,( muy duras y frágiles).
Este método se utiliza para la fabricación de materiales mas blandos,
aluminio y sus aleaciones y/o cobre y sus aleaciones, latones y bronces.
34
FUNDICIONES DE HIERRO
ARENAS Y TIERRAS DE MOLDEO: Se llaman así a las que se emplean
para la confección de moldes, deben tener las siguientes propiedades.
a) Plasticidad: Para reproducir fielmente las formas del modelo y guardarla
sin agrietarse. Esta propiedad se ve favorecida por la humedad y se presenta
acentuada en las “verdes” o sea las destinadas al moldeo y colado sin secar
los moldes a estufa.
b) Refractoriedad, Para aislar convenientemente el calor, evitando un
enfriamiento prematuro que afecte la estructura de la fundición, de tal
manera que no se forme fundición blanca ( cementita) en la periferia o en las
secciones de poco espesor.
c) Permeabilidad, Para permitir la fácil evacuación de los gases que se
desprenden del metal fundido y el vapor de agua desprendida de los moldes
d) Resistencia, Para que las piezas que pueden moldearse “en verde”, las
tierras del molde deben tener la suficiente resistencia para retener la forma
una vez ejecutado y soportar luego el manipuleo y la acción del metal líquido
cuando se cuela.
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FUNDICIONES DE HIERRO
COMPOSICION DE LAS TIERRAS DE MOLDEO: Las tierras de
moldeo están formadas por arcilla ( caolín), sílice, polvo de carbón
de leña y otras sustancias de carácter orgánicas.
a) Arenas de fundición: es una tierra que posee menos del 5% de
arcilla, formada por pulverización de rocas arcillosas.
b) Tierra de fundición: es una tierra que posee mas del 5% de arcilla.
La clasificación según empleo es la siguiente:
1) Arenas y tierras para colada en verde.
2) Arenas y tierras para moldes secados a estufa.
También se clasifican en:
1) Tierras nuevas. 2) Tierras quemadas. 3) tierras carbonatadas. 4)
tierra especial para moldear. 5) Tierra de relleno para moldes
Las arenas de noyos, son muy ricas en sílice y cuarzo, se usa como
aglutinante aceite de lino, se cuecen en hornos, suelen tener
esqueleto de alambre que además se usa para colgarlos
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FUNDICIONES DE HIERRO
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FUNDICIONES DE HIERRO
HORNO DE CUBILOTE
Es un horno de muy
antigua data y si bien se
fue modificando con el
tiempo la esencia no se
cambio.
El material fundido se
recoge en un cuchara de
colada cuyo tamaño
dependerá de la
cantidad de material.
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FUNDICIONES DE HIERRO
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FUNDICIONES DE HIERRO
En una fundicion pequeña la
cuchara es manejada por dos
operarios, que van vertiendo
el material fundido en las
coladas.
En las fundiciones mas grande
la cuchara de colada es
sostenida por un aparejo.
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FUNDICIONES DE HIERRO
Otra vista del vertido de
material fundido dentro del
molde.
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FUNDICIONES DE HIERRO
HORNO A INDUCCION
El calor es generado por
inducción.
Es una forma mas rápida
y limpia de producir
fundición de hierro.
Consume gran cantidad
de energía eléctrica,
pero hay fundiciones que
ante la necesidad de
aumentar su producción
están optando por este
nuevo método
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FUNDICIONES DE HIERRO
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FUNDICIONES DE HIERRO
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FUNDICIONES DE HIERRO
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Diapositiva 1 - Ciencia de los Materiales