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Fundición
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Metales y aleaciones conformados por fundicin
Fundicin.- se denomina fundicin al conjunto de operaciones necesarias para dar forma
a los metales y sus aleaciones por fusin y solidificacin en moldes que reproducen las
formas que se desean lograr.
El hierro gris, maleable, acero, el cobre, bronce, latn, el aluminio y otras aleaciones
metlicas constituyen la preocupacin de los fundidores como posibles de formar por
fundicin. Para completar el desarrollo del arte y ciencia de fundir, los especialistas de
muchos pases realizan constantes esfuerzos para mejorar las condiciones de las arenas y
otros materiales de moldeo, la fusin y metalurgia de las aleaciones y el manipuleo de los
materiales.
De esta forma el progreso que est alcanzando esta tecnologa en los ltimos aos ha
permitido mayor rapidez en la produccin de piezas, el mejoramiento de las capacidades
fsicas, de los productos, la economa por unidad producida y la ms elevada precisin en
las dimensiones de las piezas.
Los varios tipos de fundicin, base al tipo de metal fundido, son los siguientes:
Fundidos de hierro:
Fundicin gris.- produce una aleacin ferrosa de alto carbono.
Fundicin Gris Aleada.- variedad de aleaciones, que se puede incorporar elementos
de aleacin con propsitos especficos.
Fundicin blanca.- carbono medio.
Fundicin Dctil.- una aleacin ferrosa con grafito en forma de esferas.
Fundiciones maleables:
Hierro Maleable.- producto trmicamente tratado, con base de funcin blanca, el
grafito est presente en mdulos.
Fundidos de Acero:
Acero al Carbono.- con contenido relativamente bajo del mismo.
Aceros Aleados.- acero al carbono, con apreciable cantidad de elementos de
aleacin.
Fundiciones no Ferrosas:
Bronces y latones.- aleaciones con base de cobre y elementos no ferrosos.
Aluminio.- con base en aluminio y agregan otros componentes.
Magnesio.- base de magnesio, componentes agregados.
Las fundiciones pueden ser clasificadas en una de las dos categoras siguientes:
o Fundiciones Miscelneas.- contratan producciones para quien lo solicite
conforme a su capacidad de produccin.
o Fundiciones Cautivas.- son usualmente de departamentos de grandes empresas
manufactureras. Muchas de ellas producen tambin para terceros, cuando les
sobra capacidad instalada.
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Las fundiciones pueden tambin ser clasificadas desacuerdo a los procesos de moldeo que
emplean en los siguientes tipos:
o Fundicin en arena.- que utiliza a la arena como elemento fundamental para
fabricar moldes, los que son de un solo uso.
o Fundicin en Coquilla.- en la cual los moldes son de acero o fundicin gris y de
usos mltiples hasta que se deterioran.
o Fundiciones revestidas.- que utilizan como modelo un material evacuable el que
puede ser de cera, plstico o mercurio solidificado, revestidos en algn material
refractario. El moldeo se evacua por diferentes mtodos, especialmente mediante
calor.
o Fundicin en moldes cermicos.- utiliza una pasta para moldear, la cual se
endurece una vez extrado el modelo.
o Proceso de molde total.- usa modelo de espuma plstica de tipopoliestireno,
colocado dentro de una caja de moldear, con sus sistemas de alimentacin del
mismo material al cual se le rellena con cemento, arena. El metal lquido gasifica el
modelo al momento de vaciarlo dentro del molde.
o Fundicin a presin.- el metal es introducido a presin en moldes y matrices de
acero o hierro fundido.
o Fundicin Centrifuga.- utiliza la fuerza centrfuga del metal para incorporarlo al
interior del molde.
El movimiento de rotacin del molde puede ser alrededor de un eje horizontal o vertical.
Los moldes pueden ser de un uso o de uso mltiple.
Operaciones fundamentales de la fundicin
Las operaciones fundamentales de la fundicin son:
Fusin
Moldeo
Acabado
A estas se les agrega la Inspeccin para completar el esquema de fundicin.
Las fundiciones operan, la mayora de ellas, con departamentos de moldeo, machos, fusin,
limpieza y control de calidad. En forma auxiliar o complementaria, funciona un taller de
modelos y placas, el que puede contener una carpintera y maquinas herramientas para la
terminacin y montaje de las placas-modelos.
Jefe de fundicin.- En la obtencin de piezas fundidas intervienen casi siempre
conjuntamente moldeador, fundidor y modelista, existiendo cierta independencia entre
ellos. Por esta razn se hace imprescindible que el jefe de fundicin tenga los
conocimientos ms amplios en estas tres profesiones, principalmente la del moldeador,
que en la que se tiene intervencin directa. De la competencia del jefe depende el buen
rendimiento que pueda obtenerse en un taller.
Cuando se trata de colocar piezas de acero principalmente pueden resultar estas con
defectos de costras, poros o venteaduras, y ser unas veces la culpa del moldeador y otras
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del fundidor y en ocasiones de uno y otro, esto da lugar a que nadie quiera ser responsable
y surjan discusiones. Tampoco debe olvidarse la influencia del proyectista, que interviene
decisivamente, del calibrar las piezas en el xito o fracaso de muchas de ellas.
Si una pieza no reabre bien, puede ser por varias razones: por tener poca entrada el
molde; por colar despacio o bajo; porque el tubo de bajada tenga arena y no trague lo
suficiente; porque la colada este fra, o por existir estrangulaciones importantes en el
recorrido del lquido. Los poros pueden ser producidos por una mala desoxidacin;
porque pasen escorias al colar; porque el molde hieva por estar mal preparado, sea por
causa de los machos o por estar atacado duro, o haber sido mal sacado; por colar la
entrada en el sitio indebido, o porque el material este bajo de temperatura o por rechupes
debidos a diferencias de espesores y temperaturas. Si la colada no est excesivamente
caliente, las piezas limpian mal, y en este caso se echara a una arena mal preparada.
Por las anteriores observaciones puede verse que es fcil que entre los maestros de cada
seccin surjan discusiones que en todo momento, el jefe de fundicin podr cortar, dando
la razn a quien la tenga y subsanando el error en sucesivas coladas. Si el jefe de taller no
posee los conocimientos suficientes de fundicin y no domina la profesin de moldeador,
es fcil que pueda evitar estos contratiempos.
El departamento de moldeo se ocupa de la confeccin de los moldes y utiliza uno
cualquiera o una combinacin de los siguientes mtodos: arena (verde o seco) banco, al
piso, a mquina, en cascara; el desmolde consiste en desarmar los moldes para extraer las
piezas recin fundidas, este se realiza a mano o en mesa de vibradoras.
La fabricacin de los machos, que son piezas de arena u otro material destinado a obtener
los vacos interiores de las piezas, se fabrican por apisonado manual, o por sopladoras con
airea presin. Los machos pueden ser de arena aglutina con aceite, arcillas especiales,
resinas fenlicas o por el almacenaje.
Moldeador.-la profesin del moldeador es muy compleja y lleva aparejados muchos
sinsabores el ms insignificante descuido da lugar a una pieza mala. Difcilmente un
moldeador con amor propio profesional habr dejado de tener disgustos serios. Ocurre
con frecuencia que, cuando menos se espera sale defectuosa una pieza. Mechas veces,
despus de preparado un molde para colar, tenemos el temor de que pueda producirse un
defecto, y esto nos tiene intranquilos hasta que se efecta el desmoldeo, y a menudo
recibimos la sorpresa de encontrarnos con una falla donde menos sospechamos. Un buen
moldeador ha de estar muy atento al trabajo, para evitar piezas malas y cuando salga
algn defecto debe estudiar bien sus causas para que no se repita en lo sucesivo.
Es muy frecuente que los moldeadores, a la vista de un defecto se disculpen con tal o cual
motivo, para descargarse de responsabilidad; pero quien as procede no podr hacer gran
cosa en este oficio. En cambio, considerndose responsable analizara el defecto con todo
detalle y cuando realmente encuentre su origen
Analizara el defecto con todo detalle y cuando realmente encuentre su origen, suele
ocurrir que se haga una pieza por primera vez y salga bien, y, al repetirla salga defectuosa.
La mayor parte de los moldeadores a quienes les ocurre esto alegan que la pieza estaba
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hecha como la anterior, y que no se explican cmo pudo salir mal. El argumento es
inadmisible pues sino existiese diferencia habra salido como la primera.
Modelista.- la profesin de modelista, que es dependiente de la fundicin, tiene un mrito
destacado. Puede decirse que una de las ms difciles y que exige una buena prctica. No
puede ser modelista sin conocer bien el dibujo, trazar a la perfeccin e interpretar con
facilidad los planos. Es preciso tener conocimientos generales de mecnica, para poder
resolver dudas que puedan presentarse en los planos. El modelista que no rena estas
condiciones ocasionara interrupciones en el trabajo, al tener que consultar detalles que
podra resolver por s mismo, de ser de poca importancia.
Un buen modelista es un gran colaborador en la industria, pues pasan muchas cosas por su
mano que no suelen estar muy claras, y les da solucin, con lo que evita paralizaciones y
consultas que no mejoraran en nada la determinacin tomada por l. En ms de una
ocasin pone sobre aviso a un proyectista acerca de tal o cual detalle, para aconsejar
modificaciones de gran eficacia. Aparte de todo lo expuesto, necesita conocer bien el
moldeo, para despiezar del modo ms conveniente y econmico los modelos. El modelista
es siempre un buen colaborador del jefe de taller de fundicin y si ambos no van de
acuerdo salen mutuamente perjudicados. Se da casos en que, despus de hacho un modelo,
ha de ser reformado para adaptarlo a la forma de moldeo requerida por el herramental
existente en el taller de fundicin.
Se hace imprescindible pues antes de la construccin de un modelo se pongan de acuerdo
moldeador y modelista. Una vez expuesto el punto de vista por el modelista, el moldeador
indicara la forma de moldeo, por razones de herramental o de preparacin de muchas
maneras, pero ha de hacerse siempre como aconseje las ms segura obtencin de una
pieza perfecta.
El departamento de fusin contiene uno o ms de los siguientes tipos de hornos: cubilotes,
hornos de aire, Martn, hornos elctricos y de crisol. En ellos se utilizan para fusin gas,
fueloil, coque, carbn pulverizado y energa elctrica.
Fundidor.- por otra parte el arte de fundir tiene un mrito extraordinario, y es una
especialidad en ocasiones independiente del moldeo, tal como la gran produccin de acero
para laminados de aceros especiales y de aleaciones en general, como el ferrosilicio, el
ferromanganeso, etc.
El departamento de limpieza se encarga de limpiar las piezas fundidas con operaciones de
corte, rebanado, esmerilado, suelda, limpieza con chorro de arena o granallas metlicas,
tamboreado, decapado, etc., para que las piezas presenten un acabado en bruto lo mejor
posible.
El departamento de control tiene por misin rechazar toda pieza que no cumpla con las
especificaciones de calidad pre-establecidas y aquellas que presentan defectos de
superficie, de estructura, de dimensiones y otras fallas que hacen aconsejable el rechazo
de las piezas con el fin de mantener la ms alta calidad de la fundicin.
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Fusin
Segn la naturaleza de los metales que se han de fundir y la importancia de las materias
que han de alearse, se emplean aparatos especiales y varan loa procedimientos.
Plomo y Estao: fcilmente fusibles, se funden en cucharas o recipientes de hierro o
fundicin.
Cobre y Aluminio: ms refractarios se tratan en un crisol de plombagina.
La fusin de los metales y su mezcla en el crisol requieren cuidados sobre los que es
necesario insistir.
Debe cargarse el crisol y fundir primero el metal menos fusible de los que hayan de formar
la mezcla o composicin.
Calintese este metal despus de su fusin hasta que alcance una temperatura tal que
pueda soportar sin solidificarse, la introduccin de los otros metales.
Hay que cargar sucesivamente los componentes de la aleacin con un orden de su
fusibilidad, es decir primero de fundir el metal ms refractario.
Calintese a la llama del horno los metales que se deban introducir para facilitar la
transicin.
Esta precaucin es indispensable cuando se trata de un metal voltil como el Zinc, que al
fundirse bruscamente el crisol puede romperse.
Remover el crisol tras la fusin de cada componente.
Cubrir el crisol y avivar el fuego, tanto ms activamente, cuanto ms difcil de fundir sea el
metal.
En las aleaciones en que entra el zinc, hay que recubrir el bao de una capa de carbn
vegetal para impedir la volatilizacin del Zinc.
En las aleaciones en que entra el estao es preciso evitar el polvo del carbn vegetal;
emplese con preferencia arenilla o gres en polvo, porque el carbn de manera escorifica
el estao.
Los mejores desoxidantes son:
Para fundir latn: 1kg de brax para cada 60kg de metal que hay que fundir.
Para el bronce: 1kg de vidrio machacado para 60kg de metal.
No se introduzcan jams estas materias en el crisol sin calentarlas previamente; de lo
contrario el material en fusin borboteara pudiendo salpicar y producir accidentes
graves.
En el momento de verter el metal fundido en los moldes, mzclese y agtese el bao con
una varilla de plombagina; evtese el uso del hierro, que tiene siempre a hacer secas y
modificar las propiedades de las aleaciones.
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Con ayuda de una espumadera se limpia la superficie del bao.
Despus de cada colada se limpia el crisol cuidadosamente.
En las aleaciones formadas de cobre, zinc estao y plomo ser conveniente fundir
primeramente los metales ms fusibles y, una vez fundidos, aadir el cobre; de este modo
se tiene la seguridad de tener una aleacin ms homognea.
La fundicin de recortes de bronce o latn, resultantes de una primera fusin,
proporcionan a la segunda, cuando las proporciones son adecuadas, una resistencia
mayor, un grano ms fino y un metal ms sano y fcil de trabajar.
Un metal fundido varias veces pierde, evidentemente, sus cualidades primitivas; pero
pueden conservarse aquellas manteniendo la composicin entre los lmites convenientes,
teniendo en cuenta las prdidas de la fusin precedente. Estas prdidas pueden evaluarse,
aproximadamente, en 1% para el cobre rojo, 2% para el estao y el 4% para el zinc. Si se
hace una aleacin con metales nuevos es siempre preferible hacer lingotes, y refundirlos
sucesivamente para hacer la colada de los objetos moldeados.
Metales y aleaciones conformados por fundicin:
Las aleaciones que frecuentemente se conforman por fundicin son las del hierro, del
cobre, del aluminio, del magnesio y las de antifriccin.
Como se dijo en 1.1 del hierro emanan las aleaciones conocidas bajo los nombres de
fundicin gris fundicin maleable fundicin de acero.
Del cobre derivan los bronces y latones, del aluminio las aleaciones para piezas corrientes
coladas con coquilla y a presin del magnesio las destinadas a ser coladas por inyeccin y
del antimonio las destinadas a antifriccin.
Es indudable que dentro de la gran gama de las aleaciones aqu descritas en forma
gentica estn comprendidas tambin las aleaciones de estos mismos metales susceptibles
a ser forjados, laminados, extruidos, estampados, etc. Este grupo de aleaciones sern
tratados en los captulos correspondientes. En consecuencia, bajo este ttulo trataremos
solamente las aleaciones tiles para piezas moldeadas.
Entre las caractersticas exigibles y deseables en los metales destinados a la conformacin
por fundicin anotaremos las siguientes:
Baja temperatura de fusin, para economa de combustible, refractarios.
Bajo calor latente de fusin, economa de combustible y energa.
Baja tensin superficial para una reproduccin perfecta de las piezas.
Bajo coeficiente de dilatacin en el intervalo de solidificacin reducido, esto
disminuye la contraccin del metal.
Bajo coeficientes de dilatacin al estado slido para evitar fallas por grietas.
Alta capacidad del metal para fluir, para que llene la cavidad del molde.
Alta densidad para que la presin hidrosttica del metal ayude a llenar toda la
cavidad del molde.
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Es necesario destacar que, en la mayora de los casos que se dan en la realidad, no todas
estas caractersticas se alinean a las condiciones ms favorables, lo que significa que
muchas de ellas aparecen contraponindose, alejando as a las aleaciones de las
condiciones ideales para ser conformadas por fundicin. Sin embargo, la tecnologa
entrega cada da recursos modernos para obviar los problemas que se presentan.
Por va ejemplar diremos que el acero tiene un punto de fusin ms o menos elevado y su
temperatura de colada debe ser lo suficientemente superior a la de fusin para que los
moldes llenen satisfactoriamente. Para este caso la tecnologa ha creado los hornos
elctricos de arco y de induccin y buenos refractarios creaciones que permiten salvar la
situacin.
Del aluminio se puede decir que le falta densidad para que de un buen llenado de los
moldes. La tecnologa de la fundicin inyectada salva este inconveniente y permite un
llenado integral.
Despus de anotar estos dos ejemplos, conviene diagramar las aplicaciones de los
procedimientos de fundicin con el objeto de destacar cueles se presentan ms apropiados
para cada tipo de aleacin. Este diagrama solamente ilustra un criterio general y no se
presenta como una panacea para resolver el problema de escoger un procedimiento dado
al momento de proyectar y disear una produccin dada
DIAGRAMA DE APLICACIONES DE LOS PROCEDIMIENTOS DE FUNDICION
Aleaciones
Procedimient
o de moldeo
Fundicione
s de hierro
Acero
s
Maleable
s
Cobr
e
Alumini
o
Maguisi
o
Varias
(Fb,Sn,Zn
)
Arena verde X X X X X X X
Arena seco X X X X X
Arena
cemento X X
Barro X X
Yeso X X X
Cascara X X X X X X
Cera perdida X X X X X
Modelo
desechable X X
Coquilla X X X X X X
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Centrifuga X X X
Inyectada X X X
Fundiciones:
Se conoce como fundiciones a las aleaciones hierro-carbono con un contenido de este
elemento superior al 2.00% (2.50% de uso prctico), adems de algunos otros elementos
en proporciones discretas, entre ellos: el silicio, manganeso, azufre y fosforo. En las
fundiciones especiales se observan, adems de los elementos sealados, el cromo, nquel
molibdeno, cobre, etc.
El carbono se presenta en las fundiciones en forma de carburo de hierro, y de carbono
libre o grafito, en diversas proporciones, dependiendo de una u otra estructura del
contenido del carbono total, y de las proporciones de silicio y de manganeso que contenga
la aleacin.
El silicio favorece la formacin de grafito y el manganeso la retarda.
Tambin influye la velocidad de enfriamiento en las proporciones finales de carburo de
hierro y de grafito. A mayor velocidad aparece una mayor cantidad de carburo de hierro.
En cambio cuando el enfriamiento es ms lento se genera una mayor cantidad de grafito.
Se llaman fundiciones grises aquellas en las que el carbono est en su mayor parte, al
estado de grafito. Las fundiciones blancas presentan la totalidad del carbono del estado de
carburo de hierro. Las atruchadas son aleaciones intermedias entre las grises y las blancas.
En general, las fundiciones pueden ser clasificadas como se indica en el siguiente cuadro
Tipos de fundiciones
ordinarias
Blancas
Grises
Ferrticas
Ordinarias
Perliticas
Atruchadas
aleadas
especiales
maleables
Alma Blanca
Alma Negra
Perlitica
grafito difuso
Perlitica Laminar Perlitica Nodular Acicular Laminar
Acicular Nodular
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Meehanite
En la estructura de las fundiciones influye tambin el material que se emplea en la
preparacin de las cargas. En general, estas pueden ser hechas en las proporciones que se
determinen, de arrabio o hierro de primera fusin, de chatarra de fundiciones
(devoluciones del taller o piezas viejas) y de acero estructural.
Se admite que el carbono del arrabio est en su totalidad al estado del grafito, que en la
chatarra del 80% es carburo de hierro y el 20% est en forma de grafito y que en acero
estructural la totalidad del carbono se presenta como carburo de hierro.
En el cuadro siguiente se muestran las composiciones tpicas de los materiales de carga
para preparar fundiciones:
Composiciones tpicas de las materias primas para las fundiciones
Material C.T. Si Mn S, max P, max
Distribucin del carbono
Fe3C Grafito
Arrabio 3,5 - 4,5 1,5 - 2,2 0,5 - 0,8 0,1 0,1 0 100 Chatarra de fundicin 3,0 - 3,5 1,8 - 2,2 0,5 - 0,7 0,1 0,1 80 20
acero estructural 0,1 - 0,15 0 0,6 - 0,8 0,04 0,05 100 0
Debe sealarse que el arrabio existen variaciones ms o menos notorias en su
composicin qumica. Como ejemplo, veamos la clasificacin espaola para los distintos
grados comerciales:
Composicin del arrabio espaol
Tipo de arrabio C.T Si Mn S P
Grises
1 3,25 3,5
2 3,25 2,4
3 3,5 2,1 0,4 - 1,5 0,01 - 0,2 0,04 - 0,8
4 3,5 1,8
5 3,5 1,4
Atruchados
4 0,9
Blancos 4 0,8
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Influencia del silicio en la formacin del grafito:
Las leyes que rigen la formacin de los constituyentes en las fundiciones grises, son algo
diferentes de las que estudia en el diagrama hierro-carbono correspondiente a los aceros.
Las diferencias que existen entre estas y aquellas que son debidas principalmente a la
presencia de silicio en cantidades bastante elevadas, generalmente variables de 1 a 4%. El
silicio se presenta normalmente en las funciones en forma de siliciuro de hierro disuelto
en la ferrita o hierro alfa, no pudiendo observarse por lo tanto directamente su presencia
por medio del examen microscpico.
Fractura blanca
Fractura gris
Cuando se halla presente en pequeas cantidades, variables de 0.1 a 0.6%, no ejerce
influencia importante. En cambio cuando el silicio se halla presente en porcentajes
variables de 0.6 o 3.5%, ejerce indirectamente una accin muy destacada y contribuye a la
formacin de grafito, que modifica completamente el carcter y las propiedades de las
aleaciones hierro-carbono. En el siguiente ejemplo que se refiere a dos piezas de fundicin
del mismo tamao se aprecia perfectamente su influencia. La composicin de la primera es
la siguiente: C=3%; Si=050%; Mn=0.45%; P=0.05%; y S = 0.070%; la segunda tiene la
composicin, excepto el contenido de silicio, que es de 2.5% en lugar de 0.5%. Esta
diferencia en el porcentaje de silicio hace que las microestructuras y propiedades de las
dos piezas sean completamente distintas. La primera es una fundicin blanca, muy dura,
frgil, tiene la fractura blanca, encontrndose en ella todo el carbono en forma de
cementita; la segunda es una fundicin gris relativamente blanda, tiene fractura griscea y
un gran porcentaje del carbono en forma de grafito.
En la figura se puede ver el diagrama de Maurer, que fe uno de los primeros que sealaron
de una forma clara la relacin que hay entre los porcentajes de carbono y silicio y la clase
de fundicin que se obtiene en cada caso. Este diagrama que es muy sencillo y claro ha
sido perfeccionado y modificado por otros investigadores, siendo en la actualidad el de
Norbury uno de los las ms aceptados. Estos diagramas se refieren a un determinado
Si= 050%
Si=2.50%
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espesor y a una clase de molde y no se destaca en ellos la influencia de la velocidad de
enfriamiento.
%C %C
Fundicin gris
PerlticaPerltica
En las fundiciones, adems del silicio y la velocidad de enfriamiento, tambin tienen gran
influencia en la formacin del grafito los contenidos de carbono, azufre y manganeso. El
carbono, como explicaremos ms adelante y como se desprende de las figuras, tiene una
influencia tan importante como la del silicio. En efecto, muy pequeas variaciones de
carbono, hacen que en determinadas circunstancias la fundicin pase de gris a blanca.
Pero como en la fabricacin normal de fundiciones en cubilote, por estar en todos los
casos la fundicin en contacto con el coque, esas variaciones de carbono son muy
pequeas (suelen oscilar entre 3 y 3.5%) en la prctica normal a esa influencia debida a la
accin del carbono se le suele dar mucha menos importancia que a la del silicio, aunque en
realidad la tenga tambin muy importante. El carbono favorece la formacin de del grafito
y cuanto mayor sea el porcentaje del carbono ms fcil es la formacin del grafito.
La accin del azufre y del manganeso es, en general, contraria a la grafitizacin.
Influencia de la velocidad de enfriamiento en la formacin del grafito.
La velocidad de enfriamiento, que depende del espesor de las piezas y de la clase de molde
empleado, es otro factor que tambin ejerce una influencia decisiva en la calidad y
microestructura de las fundiciones. Los enfriamientos rpidos tienden a producir
fundiciones blancas; los enfriamientos lentos favorecen la formacin del grafito y, por lo
tanto, la formacin de fundiciones grises.
Esta influencia es tan marcada que con una misma composicin al variarse la velocidad de
enfriamiento se obtienen diferentes calidades con distintas durezas y microestructuras. La
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velocidad de enfriamiento que suela variar principalmente con el espesor de las piezas,
tambin se modifica con la naturaleza de los moldes.
Los pequeos espesores se enfran mucho ms rpidamente que los grandes. Un molde
metlico, enfra ms rpidamente que un molde de arena. En los moldes metlicos el
enfriamiento de la fundicin ser ms o menos rpido segn sea el espesor del molde. En
algunos casos, para alcanzar las mayores velocidades de enfriamiento, los moldes
metlicos son refrigerados con agua. Un ejemplo de la influencia que la velocidad de
enfriamiento ejerce en el micro estructura de las fundiciones, se puede observar en los
resultados obtenidos con una pieza en la que hay zonas de muy diferente espesor. Sus
escalones son de 3, 6, 12 y 24 mm. La composicin es la siguiente: C=3.25% y Si=1.75%.
Utilizando molde de arena, se obtuvo en los escalones 3 y 6 mm de espesor fundicin
blanca con dureza de 365 Brinell, y en los escalones 12 y 24 mm de espesor se obtuvo
fundicin gris con durezas de 12mm hay una zona intermedia de transicin de fundicin
atruchada con 240 a 350 Brinell de dureza.
MANGANESO
Una accin contraria en la del silicio es ejercida por el manganeso. Este elemento favorece
la formacin del bono, sea con el azufre. Dada su gran facilidad para formar sulfuros su
accin puede ser considerada en un primer aspecto benfica, porque obstaculiza la accin
inhibidora a la grafitizacin ejercida por el azufre, mientras en un segundo tiempo,
formando a su vez carburos, endurece la matriz misma de la fundicin y disminuye el
contenido del carbono libre.
Tericamente para formar el sulfuro de manganeso son necesarias 1.73 partes en peso de
manganeso por uno de azufre; en la prctica, es necesaria una cantidad de manganeso
mayor, alrededor de 3 veces el contenido de azufre.
A menos que no se quiera obtener fundiciones con dureza particular, el contenido de
manganeso vara entre 0.4 al 1%.
FOSFORO
El fosforo queda en la fundicin del tratamiento del horno alto, en forma de fosfuros de
hierro. Esto confiere a una fundicin liquida una particular fluidez porque disminuye el
punto de solidificacin, pero al mismo tiempo, aumenta la fragilidad y la dureza. Dada la
tendencia actual de obtener fundiciones con excelentes cualidades mecnicas, el contenido
de fosforo debe permanecer entre bajos lmites y precisamente no superar el 0.28%.
Mientras hace algunos aos, las fundiciones fosforosas o semifosforosas eran las
mayormente utilizadas en los talleres, hoy su empleo est limitado a las piezas
particularmente delicadas o en las cuales no se requieren elevadas caractersticas
mecnicas.
AZUFRE.- El azufre existe en las fundiciones en dos formas:
Como sulfuro de Hierro o como sulfuro de manganeso. Esto es siempre perjudicial, porque
obstaculiza la grafitizacin, hace la fundicin dura y frgil y provoca graves defectos en las
piezas por rechupes, sopladuras, roturas, etc.
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Como hemos dicho, su accin es en parte contrarrestada por la presencia del manganeso,
ms en todo caso su contenido debe ser el mnimo posible.
OXIGENO.- El oxgeno es un antigrafinizante energtico que se encuentra presente en
menor o mayor cantidad en todas las fundiciones. Se presenta principalmente en forma de
inclusiones no metlicas, muchas de ellas submicroscopicas, el xido de hierro, de
manganeso, de aluminio y de silicio.
El porcentaje de oxigeno que contiene las fundiciones suelen variar de 0,002 a 0,020%.
Con altos porcentajes de oxigeno la colabilidad del metal disminuye mucho, se producen
rechupes importantes y la estructura puede sufrir sensibles modificaciones.
HIDROGENO.- El hidrogeno se presenta tambin casi siempre como impureza gaseosa en
las fundiciones y da lugar a porosidades en las piezas cuando el porcentaje es importante.
El hidrogeno suele provenir de la humedad de los moldes, del vapor de agua contenido en
el aire soplado, de la humedad del coque.
La solubilidad del hidrogeno en la fundicin aumenta con el porcentaje del silicio. Por ello
las fundiciones altas en silicio suelen ser ms porosas que las de bajo contenido de silicio.
MIRO-CONSTITUYENTES DEL HIERRO FUNDIDO
Pueden distinguirse diferentes micro-constituyentes de hierro fundido. Analicemos a
continuacin las caractersticas y propiedades de los micro-constituyentes que
generalmente estn presentes en el hierro fundido.
GRAFITO.- La proporcin del grafito en la pieza depende del procedimiento adoptado
para la colada., de la velocidad de enfriamiento y, por supuesto, de la composicin qumica
del metal, factores que introducen las variaciones en las propiedades mecnicas de la
pieza obtenida. Como veremos ms adelante las laminillas de grafito, interpuestas en el
hierro, disminuyen las propiedades mecnicas de la pieza fundida. Por otra parte, el valor
de la resistencia de la pieza depende del tamao y de la distribucin de las laminillas de
grafito; cuanto ms pequeo sea el tamao y cuanto ms uniforme sea la distribucin,
tanto mayor ser la resistencia de la pieza fundida.
FERRITA.- Ferrita es un hierro puro; la estructura se presenta bajo el microscopio en
forma de granos cristalinos irregulares, los cuales estn separados entre s por lneas
delegadas. Se trata de un constituyente blando (Dureza Brinell alrededor de 90) dctil y
magntico.
CEMENTITA.- Cementita es un carburo de hierro ( ); Este componente es duro
(Dureza Brinell alrededor de 550) y quebradizo; aparece en la perlita en forma de bandas
delegadas de color blanco.
Adems del hierro, el manganeso y el cromo se combinan con el carbono formando
cementita.
PERLITA.- La matriz de la mayora de los hierros est compuesta en parte por perlita. Esta
se forma en la temperatura eutectoide y consiste en ferrita y un cierto porcentaje de
cementita. Tiene una dureza Brinell de, aproximadamente 200.
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AUSTENITA.- Es una solucin solida de hierro y de cementita; el porcentaje (en peso) del
carbono varia en este compuesto de 1 a 1,7; es una material no magntico.
ESTEADITA.- En una pieza de hierro fundido que se encuentra a menudo una estructura
compuesta de fosforo de hierro ( y hierro, llamada esteadita. Este tipo de aleacin
formada por pequeas lminas de grafito distribuidas uniformemente en una matriz de
perlita, es caracterstica de una de las mejores clases de fundicin gris.
FUNDICIONES ORDINARIAS
Atendiendo a la estructura del material las fundiciones ordinarias se clasifican en blancas,
grises y atruchadas, segn que el carbono se presente respectivamente, el estado de
carburo de hierro, grafito o en ambas formas simultneamente.
Fundicin Blanca.- Cuando en una fundicin el contenido de silicio est ms abajo del
1.50% se produce la fundicin blanca, la que puede obtenerse por dos vas: Por
enfriamiento violento de la pieza o por una calibrada relacin silicio-carbono.
A causa de la rpida prdida de calor en las piezas de escaso espesor o de poca seccin
existe la tendencia a que la fundicin se torne blanca. Otro factor para el mismo efecto es
la conductividad calrica del material del que est constituido el molde. Un molde metlico
acelera el enfriamiento si se lo compara con un molde hecho de arena.
Si se coloca un inserto metlico en una seccin del molde, all la pieza presenta un grano
ms fino y con estructura blanca, de manera que pueda darse el caso de una pieza de
fundicin gris con una seccin de estructura blanca.
Esta es llamada fundicin achillada y se emplea cuando se desea que una parte de la pieza
sea, por ejemplo, resistente al desgaste. El espesor endurecido depender del contenido de
carbono, silicio, manganeso, fosforo y azufre de la fundicin y tambin del espesor del
enfriador (Chiller)
La otra forma de obtener fundicin blanca consiste en codificar el silicio en la carga.
Para la fundicin de carbono 3,5% bastara un contenido de 1,50% de silicio para que la
estructura resulte blanca.
La fundicin blanca tiene pocas aplicaciones directas en la industria y se utiliza ms bien
como base de la fundicin maleable. Cuando se desea un material duro para ser utilizado
directamente se recurre ms bien a las aleaciones resistentes a la friccin.
Fundiciones grises.- En las fundiciones grises todo el carbono debera tericamente
presentarse en forma libre o grfica y por lo tanto, el hierro debera estar en forma de
ferrita.
En la prctica no existe ni se desean fundiciones grises con todo el carbono libre, porque
seran muy blandas y su resistencia sera muy baja. Por el contario se desea que por lo
menos, el 80% de carbono total este formado cementita, quedando un mximo del 20% en
forma de carbono libre o grafito.
15
Para lograr una buena reparticin entre cementita y carbono libre se emplea, en muchos
casos, acero estructural en la preparacin de las cargas destinadas a la produccin de
fundicin gris.
En sntesis una fundicin gris se caracteriza por su composicin qumica y por el estado en
que se encuentra el carbono.
Carbono total 3,50%
Cementita 80% (2,80%) Carbono Equivalente 4,17% Silicio 2,00% Manganeso 0,60% Azufre 0,05%
Grafito 20% (0,70%) Fosforo 0,05%
Resistencia
Dureza Brinell 160 - 180
En el cuadro siguiente se presenta una variedad de calidades segn el uso que se destinan
las fundiciones grises.
CARBONO EQUIVALENTE
El carbono equivalente da una idea de la resistencia y
estructura de una fundicin.
COMPOSICION DE ALGUNAS FUNDICIONES GRISES
TIPOS DE PIEZAS C.T. Si Mn S Max.
P Max.
Maquinaria delgada 3,25 2,25 0,50 0,10 0,10 Maquinaria mediana 3,25 1,75 0,50 0,10 0,10 Maquinaria gruesa 3,25 1,25 0,50 0,10 0,10 Camisas de cilindros 3,25 2,25 0,65 0,05 0,05 Pistones de motores de explosin 3,25 2,25 0,65 0,05 0,05 Zapatas de frenaje 3,10 1,70 0,50 0,15 0,10 Lingoteras 3,50 1,00 0,90 0,10 0,10
FUNDICIONES ALEADAS
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Son fundiciones aleadas aquellas que, adems de los elementos carbono, silicio y
manganeso, contienen variadas proporciones de otros elementos, tales como el nquel, el
cromo, el molibdeno, etc.
Los elementos de la aleacin tienen sobre las fundiciones los siguientes efectos:
Nquel.- Afina la estructura y previene la segregacin. El nquel es soluble en el
hierro al estado lquido y al slido y en el tratamiento trmico baja la temperatura
de transformacin y retarda el crecimiento de los cristales a ms altas
temperaturas. Adems, confiere a la fundicin una mejor maquinabilidad, mejora
la resistencia mecnica y a la corrosin. Tambin el nquel, como grafitizante
impide que las fundiciones de bajo carbono tiendan a dar estructura blanca,
evitando, por consecuencia, el endurecimiento de las secciones o piezas muy
delgadas.
El nquel se emplea en proporciones que van desde 0,25% hasta el 5%. Ms arriba de esta
ltima cifra la fundicin queda extremadamente dura.
Cromo.- El cromo es esencialmente til cuando se desea obtener fundiciones
resistentes a la corrosin y al calor. Su influencia permite prevenir las
segregaciones regulariza la estructura y la dureza aun en piezas de secciones
variadas, mejora la resistencia mecnica por que produce el tamao de las lminas
de grafito y retarda el desarrollo de la estructura perlitica.
Se emplea combinado con el nquel en una proporcin entre el 25 y el 50% de contenido
del nquel. Un elevado contenido de cromo da una resistencia a la abrasin poco comn.
Molibdeno.- Evita el crecimiento de los cristales y ayuda a obtener una estructura
perlitica de grano muy fino. Mejora la resistencia a la percusin alcanzndose alta
tenacidad con buena maquinabilidad.
ALGUNAS FUNDICIONES ALEADAS
USOS C.T. Si Mn Cr Cu Mo Ni A. DE ALTA RESISTENCIA MECANICA
Camisas para automviles
3,25 3,25 3,20 3,25
2,20 2,00 2,15 2,20
0,75 0,70 0,70 0,60
0,35 0,50 0,50
0,60 1,00
0,50 1,00
0,75 0,50 0,20
Tambores de freno 3,20 3,25 3,20
1,90 2,00 2,00
0,70 0,60 0,60
0,50 1,00 1,00
0,50
1,50
Troquelado para estampacin.
3,00 3,25
2,20 1,50
0,75 0,50
0,35 2,20
0,60 2,00 1,75
Bancadas de tornos
3,30 3,00 2,90
1,60 1,00 1,90
0,60 0,75 0,90
0,25 0,25
0,20 1,00 1,35 1,50
Cilindros de laminacin en caliente
3,00 3,00 3,10 3,50 3,40
0,60 0,55 0,60 0,90 0,60
0,25 0,20 0,20 1,30 0,25
0,25 0,40 2,00 1,30
0,35 0,25 0,40 0,40
0,25 3,50 4,50 4,50
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B. RESISTENTES AL DESGASTE CR-NI alta en C (blanca) CR-NI baja en C (blanca) Mn (blanca) Martensitica (gris) CR alto MO alto
3,25 2,75 2,00 3,10 2,60 2,70
0,50 0,50 2,90 1,75 1,50 1,50
0,50 0,50 3,00 0,90 0,60 0,80
2,00 2,00 0,25 0,80 20,00 3,00
1,50 0,50
1,50 6,00
4,50 4,50 4,10 2,00 2,00
C. RESISTENTES AL CALOR
CR de baja aleacin
3,50 3,40 3,10 3,00
2,25 2,00 2,10 2,00
0,60 0,60 0,60 0,60
1,25 0,60 1,00 0,75
1,50
D. PARA USO GENERAL CR- NI (gris) 3,20 2,20 0,70 0,50 1,50
FUNDICIONES ESPECIALES
Son fundiciones especiales las que se obtiene por tratamientos especiales de las
fundiciones ordinarias. Bajo este ttulo se agrupan las fundiciones:
Maleables
Perliticas Laminares
Perliticas Nodulares
Aciculares
Acicular Nodular
Meehanite
Fundicin Maleable.- La fundicin maleable resulta de una trasformacin de la fundicin
blanca mediante un tratamiento trmico, unas ves que las piezas ya estn colocadas y
limpias, obtenindose un producto que posee cualidades aproximadas a las del hierro
forjado.
Las fundiciones blancas en las cuales se obtiene las fundiciones maleables contienen
menores proporciones de carbono y silicio que las fundiciones grises y el carbono se
presenta en la forma combinada. Los carburos en la fundicin blanca son totalmente
inestables y al estado slido pueden ser lentamente grafitizables por medio de un
tratamiento trmico adecuado.
Existen tres tipos de fundicin maleable: la del alma blanca o europea, la del alma negra o
americana y la maleable perlitica.
La fundicin maleable de alma blanca (europea).- Se obtiene por descarburacin de la
fundicin blanca en un ambiente oxidante y a temperaturas que fluctan re 800 y 1000C
18
El proceso se efecta introduciendo las piezas en retortas o cajas de fundicin y
recubrindolas de algn material que contenga oxigeno el que puede ser de batiduras de
foja, hematitas u otro mineral de hierro en partculas pequeas. Por la accin del calor el
oxgeno del mineral absorbe carbono de la pieza extrayndola de ella en forma de
monxido de carbono.
Para compensar la baja de carbono en la periferia de la pieza viene, desde el interior de
una migracin molecular, nueva dosis de carbono, la que es a su vez extrada desde el
exterior del oxgeno, rebajando de esta forma, el , transformando la estructura del
metal hasta hacerlo maleable.
La composicin qumica tpica para la fundicin maleable europea es:
Carbono..2,50 a 3,00
Silicio.0,50 a 1,25
Manganeso..0,50 a 0,60%
Fosforo.0,10 Max
Azufre..0,20 Max
El recocido de maleabilizacin sigue aproximadamente el siguiente grfico.
19
El aumento de la temperatura debe tener una gradiente uniforme y demorara un da en
alcanzar la temperatura de 975C. Durante tres das la temperatura se mantiene constante
y se deja enfriar durante dos das hasta que baje a los 600C. Por debajo de esta
temperatura ya no se producen transformaciones y el horno puede ser abierto para retirar
las piezas.
La composicin qumica despus del recocido es distinta de la que presentaban las piezas
antes del tratamiento trmico. En efecto el contenido de carbono disminuye en forma
notable por la migracin del hacia la atmosfera por efecto del oxgeno presente en el
material con que se recubren las piezas.
La Fundicin Maleable de Alma Negra (Americana).- El tratado provoca la
transformacin del carbono., de carburo de hierro a carbono de recocido, a temperaturas
que fluctan entre 800 y 900C
El procedimiento consiste en colocar las piezas de retortas similares a las del caso anterior
recubriendo las cajas con un material neutro como arena y dando como cerradura
hermtica, que puede ser una capa de barro, la que endurece con el calor durante el
calentamiento.
La composicin tpica para obtener fundicin maleable de alma negra es:
Carbono..2,50 a 2,75
Silicio.1,30 a 1,35
Manganeso..0,50 a 0,60
Fosforo.0,10 Max
Azufre..0,20 Max
En este caso, con el tratamiento trmico el carbono de la cementita se re precipita en
forma de mdulos de grafito, quedando al final de la misma composicin qumica original
de las piezas.
El grafico siguiente muestra las variaciones de temperatura en funcin del tiempo durante
el tratamiento trmico de la fundicin de lama negra.
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La temperatura de recocido se alcanza en un da con gradiente uniforme, dejndola
constante a 875C durante dos das y bajndola uniformemente los cuatro siguientes das
hasta que baje a los 600C
El cuadro siguiente muestra las propiedades mecnicas de las fundiciones maleables, de
alma blanca y negra.
PROPIEDADES MECANICAS DE LAS FUNDICIONES MALEABLES
TIPO DENOMINACION RES. TRAC. Kg/mm2
LIM. ELAS. Kg/mm2
ALARG. %
Fm 32 a Maleable blanca 32 18 2 Fm 32 b Maleable negra 32 18 2 Fm 38 Blanca de alta calidad 38 21 4 Fm 35 Negra especial 35 19 9 Fm 35 Negra de alta calidad 37 25
DUREZA BRINELL DE LAS FUNDICIONES MALEABLES
TIPO DUREZA BRINELL
Maleable de alma blanca 125 (En la superficie) 190 (En el Ncleo)
Maleable de Alma Negra 110 a 140 115(Media Normal)
Como se puede observar en los cuadros precedentes, las caractersticas mecnicas de
ambos tipos de fundicin maleable son sensiblemente iguales.
Fundicin Maleable Perlitica.- Es una variante de la maleable de alma negra, que se
fabrica igual que esta, con la diferencia de que el enfriamiento es mucho ms rpido.
La composicin qumica de la fundicin maleable perlitica es similar a la composicin de la
fundicin de alma negra, salvo que el manganeso debera ser aumentado hasta 0,7 0,8%.
Adems si se aumenta el manganeso sobre el 0,8% se pueden obtener tambin estructuras
21
maleables perliticas con enfriamiento lento, debido a que el manganeso favorece la
formacin de la perlita.
En el grafico siguiente se muestra la variacin de la temperatura en funcin del tiempo
para el tratamiento trmico de la fundicin maleable perlitica.
Se observa que el tiempo total de permanencia en el horno de las piezas es solo de 72
horas.
Otro aspecto importante del tratamiento es la fluctuacin de la temperatura, empezando
por levantarla hasta los 950C, liego bajarla a 750C para finalmente subirla a 850C
mantenindola en este valor durante 14 horas. (850-875)
La composicin qumica de la aleacin despus del tratamiento es la misma que la original,
ya que el tratamiento se efecta en ausencia de xidos que disminuyen la proporcin del
carbono.
Fundicin Perlitica Laminar.- Es una fundicin en la cual est controlada la proporcin.
Adems, el grafito esta diseminado en toda la matriz metlica en forma de finas laminas
que interrumpen la estructura de cementita, dando por resultado una ms alta resistencia
y la traccin con buena maquinabilidad.
Grosso modo, el carbono libre alcanza a un mximo de 10% del carbono total, estando el
resto en forma de carburo de hierro. Una reparticin tpica del carburo es la siguiente.
C.T. .. 3,20
. 92 .2,944
Grafito ...... 3 ..0,256
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Los factores necesarios para que se produzca la fundicin perlitica son:
Bajo Carbono2,80 a 3,20
Bajo silicio..........1,20 a 2 dependiendo del espesor de las piezas
Cargas con un porcentaje de acero estructural
Presencia de un dispersante
Bajo azufre
Bajo Azufre
DISPERSANTES.- Los dispersantes son un grupo de elementos metlicos cuya accin en la
fundicin consiste en quebrar la matriz cementitica y dispersar el grafito en pequeas
partculas. En algunas ocasiones se les llama incorrectamente grafitizantes ya que su
accin impide el endurecimiento de las aleaciones o evita que aparezcan con estructura
blanca.
En el orden de la capacidad energtica de los dispersantes o de su ms fuerte accin sobre
las aleaciones, se les puede clasificar as:
SILICIO.- Utilizada en forma de ferro-silicio (75% Si) molido a menos de 1/8 de pulgada
produce ligero aumento de la resistencia mecnica en las aleaciones en las cuales se les
incorpora en la cuchara.
ALUMINIO.- Se puede utilizar en finas granallas o aleados con ferro-silicio. (50-50 Al-Fe
silicio). Esta se obtiene fundiendo al aluminio y agregando el ferro-silicio en partculas
pequeas o molidas.
ZIRCONIO.- Se obtiene comercialmente como SMZ (silicio-manganeso-zirconio) con un
contenido de 30% de zirconio y algo de carbono (1%) en ferroaleacin granulada a 1/8 de
pulgada ms o menos.
CALCIO.- Se conoce comercialmente como calcio-silicio o siliciuro de calcio con 30 a 36%
de calcio, en forma de grnulos de 1/8 de pulgada.
MAGNESIO.- Conocido es el magnesio-silicio y el calcio-magnesio-silicio con 30% - 15% de
Ca, Mg y Si respectivamente, granulado intermetalico de 1/8 de pulgada o menor.
BARIO.- Es otro dispersante presentado como barium-silicio cuya accin es de gran
energa.
Todos estos dispersantes se utilizan adicionndolos al metal lquido en las cucharas, de
presencia mientras estas se estn llenando y de manera gradual. Las proporciones varan
de 1.200 gramos hasta 3.500 gramos por tonelada de aleacin, dependiendo de la
proporcin de acero estructural en la carga y del espesor de las piezas a colar. Segn
porcentaje de acero en las cargas, he aqu las proporciones de calcio-silicio que se emplean
como dispersantes en la inoculacin.
PROPORCION DE CALCIO-SILICIO SEGN CARGA
N TIPO D EPIEZA ACERO EN CARGA %
CALCIO SILICIO Kg/ton
RESIST. RUPTURA Kg/mm2
DUREZA BRINELL
23
1 Maquinaria en general 10-20 1,2-1,8 30 180-200
2 Resistencia a la friccin (corriente)
25-35 1,4-2,0 38 180-220
3 Templables y alta resistencia. 40-60 1,6-2,4 40 180-400 4 Resistencia a la friccin (alta) Hasta 90 2,4-3,5 40 400-600
El uso de las cargas anotadas es:
Aleacin 1.- Maquinaria en general y piezas comunes.
Aleacin 2.- Camisas de motores, anillos de expansin y toda pieza solicitada a la friccin
corriente.
Aleacin 3.-Maquinaria de minera, engranajes, etc. La marca superior de dureza es para
piezas templadas a 850 880C enfriadas al aceite.
Aleacin 4.- Piezas para arrastrar materiales metlicos, minerales, piedras, etc. Son
aleaciones frgiles que no pueden ser sometidas a golpes. Para regularizar la estructura
llevan hasta 1,50% de cromo y otras veces hasta 3,50% de cobre.
Para todas estas fundiciones se recomienda escaso contenido de azufre y, de ser posible,
debera ser eliminado con carbono de sodio (Na2CO3), conocido como ceniza de soda.
Las aleaciones 4 son generalmente de estructura blanca.
FUNDICION PERLSITA NODULAR.- Conocida simplemente por fundicin nodular, de
grafito esferoidal o fundicin dctil, es al igual que la anterior una aleacin en la cual se
controla el porcentaje de grafito y, a diferencia de ndulos o esferas, rodeados de ojuelos
de ferrita.
Estas exigen tambin bajo carbono, bajo silicio,
acero estructural en la carga bajo contenido de
azufre y un dispersante que en este caso es el
calcio-magnesio-silicio.
El dispersante se puede agregar en la cuchara como
en las perlticas laminares, o en el molde por el
mtodo del IN-MOLD.
Estas fundiciones presentan elevada resistencia a la
ruptura, gran tenacidad y buena maquinabilidad,
excepto aquellas destinadas a soportar altas
fricciones.
Fig. 13
24
El cuadro que sigue indica algunas caractersticas de estas aleaciones:
Aleaciones Perlticas Nodulares
No. Usos Acero en cargas
Ca-Mg-Si Kg/Ton
C.T. Si Mn R Kg/mm2
Dureza Brinell
1 Maquinaria en general
10-20 1, 2-1, 8 3, 30 2, 20 0,80 36 180-200
2 Friccin corriente
25-35 1, 4-2, 0 3, 20 2, 00 0,80 40 180-200
3 Templable 40-60 1, 6-2, 4 1, 80 1, 80 0,80 45 180-400
4 Alta Friccin Has.90 2, 4-3, 5 1, 40 1, 40 0,80 40 400-600
Los usos son similares a los de la fundicin perltica laminar.
FUNDICION ACICULAR.- En la estructura acicular, la perltica es totalmente remplazada
por un producto de transformacin austentica, intermedio entre la perlita y la martensita,
introduccin por la accin del molibdeno y del nquel que retarda la transformacin
permitiendo que el material enfre hasta alcanzar el campo de la perlita sin que se
produzca transformacin. Esto es como si dijramos una accin comparable con un temple
que se produce en el enfriamiento natural de las piezas.
La transformacin a una temperatura bien baja, como resultado del uso excesivo del
molibdeno o del nquel, termina en la formacin de martensita, exactamente como sucede
por enfriamiento muy rpido durante el temple. En cambio el enfriamiento lento favorece
la formacin de la perlita.
De aqu se sigue que el periodo de enfriamiento debe ser regulado de acuerdo a las
secciones de las piezas, de suerte que el contenido del molibdeno y del nquel permita
mantener la estructura acicular sin provocar la formacin de perlita o martensita,
quedando ms bien la estructura en el campo de la austenita.
En la practica el control para evitar la formacin de perlita o de martensita no es difcil de
realizar porque, a excepcin de las piezas muy delgadas hay un lmite razonable de
secciones entre el cual una aleacin dada quedar con una estructura acicular libre de
perlita y martensita.
Las proporciones de molibdeno y de nquel dependen de las secciones de las piezas y se
pueden proceder de dos formas: manteniendo constante las proporciones de molibdeno y
variando el nquel o variante alternativamente las proporciones de ambos elementos,
como sigue:
25
Molibdeno constante, variando nquel
Secciones en pulgadas
3/4 1-1 1/2 1 1/2-2 2-2 1/2 2 1/2 -3
Molibdeno 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 Nquel 0,8 1,2 1,6 2,0 2,5
Variando molibdeno y nquel
Secciones en pulgadas
3/4 1-1 1/2 1 1/2-2 2-2 1/2
2 1/2 -3
3-4
Molibdeno 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,75 Nquel 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,75
La influencia de los dems elementos en las aleaciones aciculares es como sigue:
CARBONO: Carbono bajo aumenta la resistencia, pero crea dificultades por alta
contraccin y poco fluidez. Su proporcin esta entre 2,80 y 3,20%, el ms bajo para
secciones pesadas y el ms alto para pesadas.
SILICIO: no altera la resistencia, la dureza ni la posibilidad de obtener la estructura
circular. Su proporcin esta entre 1.5 y 2%
MANGANESO: en exceso provoca la aparicin de martensita y el lmite inferior debe ser
suficiente para evitar la formacin de perlita. Conviene fijarlo en 1%.
FOSFORO: Interviene en la formacin de la estructura acicular por la interaccin de
molibdeno. No debera de exceder de 2%.
AZUFRE: debe ser mantenido lo ms bajo posible pues combina con el molibdeno, al igual
que con el manganeso provocando inclusiones duras.
Segn espesores de pieza, la composicin qumica de estas fundiciones deben ser las
siguientes:
Composiciones qumicas de las fundiciones aciculares
Espesores pulg.
Menores 3/4 - 1 1 1 1/2 1 1/2 - 2
2 2 1/2
2 1/2 - 3
3 4
Carbono 3,2 3,13 3,06 2,99 2,93 2,86 2,80 Silicio 2,0 1,92 1,84 1,75 1,67 1,58 1,50 Manganeso 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Fosforo Max. 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Azufre Max. 0,04 0,04 0,04 0,04 0,4 0,04 0,04 Ni y Mo Como se vio en A y B.
Las fundiciones aciculares dan resistencia de 45 Kg/mm2 y durezas de 200 a 280 Brinell.
FUNDICION ACICULAR NODULAR.- Es una funcin acicular que presenta su grafito en
ndulos debido a la accin del magnesio o del cerio, los dispersantes se utilizan en
aleaciones intermetlicas granuladas con silicio o calcio-silicio.
26
La precaucin fundamental consiste en evitar el azufre en la fundicin por que la fuerza
accin de sulfuzante de cerio o del magnesio eliminara la accin dispersante de estos
elementos ya que primero combinaran con el azufre. Por lo tanto debe procederse a
eliminar o a rebajar el contenido del azufre a cifras interiores al 0.02%.
La composicin qumica es igual al a de las fundiciones aciculares. Los dispersantes se
usan en la proporcin de las fundiciones nodulares.
Las cifras mecnicas para la resistencia alcanzan a los 75 Kg/mm2 y la dureza Brinell hasta
300.
FUNDICIONES CON GRAFITO ESFEROIDAL.- En el ao de 1948, Morrogh y Williams
dieron a conocer sus trabajos sobre la obtencin de fundicin de grafito esferoidal que
fabrica van directamente en bruto de fusin sin necesidades de tratamiento trmico
posterior. La principal caracterstica del proceso consista en aadir ciertas cantidades de
cerio a la fundicin cuando se encontraba en estado lquido. Si despus del cerio se aade,
adems, al bao de fundicin una aleacin grafitizante como el ferro-silicio o el silicio-
calcio, la proporcin de carbono que aparece en forma esferoidal aumenta y se llega
incluso a evitar totalmente la aparicin del grafito laminar. De esta forme se obtienen
resistencias de 50 a 55 Kg/mm2 en barras de 30 mm de dimetro.
Las investigaciones de Gaguerin, Millis y Pilliny en 1949, condujeron a la fabricacin de
fundicin con grafito esferoidal por medio de una adicin de magnesio, siendo este
proceso patentado por la Internacional Nickel Company en Estados Unidos y por la
Mond Nickel Company en Europa. En esas patentes se seala que debe quedar por lo
menos 0.04% de magnesio en la fundicin para conseguir que todo el grafito sea esferoidal
y para obtener a la vez la mejor combinacin de caractersticas mecnicas, llegndose a
alcanzar directamente en bruto de colada unos 70 Kg/mm2 de resistencia a la traccin de
3% de alargamiento.
Esas caractersticas se pueden mejorar por tratamientos trmicos. El alargamiento
aumenta por recocido y la resistencia y la combinacin de caractersticas (resistencia,
lmite de elasticidad y alargamiento) mejoran por el temple y revenido.
El proceso de fabricacin preconizado por Morrogh y Williams se ha ido abandonando casi
por completo, porque exiga ciertas condiciones de composicin qumica muy precisas,
que eran difciles de cumplir. Para obtener con adicin de cerio buenos resultados es
necesario:
1) Que la fundicin solidifique gris sin adicionarle cerio.
2) Deben emplearse fundiciones hipereutcticas.
3) Conviene utilizar contenidos en silicio superiores a 2.37%.
4) El porcentaje de azufre debe ser muy bajo y despus del tratamiento debe
quedar inferior a 0.02%.
5) El contenido del fsforo no debe exceder de 0.6% siendo preferible que
permanezca inferior a 0.1%.
Como la fabricacin de la fundicin esferoidal con magnesio no exige ninguna composicin
qumica tan exacta y no es necesario que la fundicin sea hipereutectoide, ni las
27
limitaciones de silicio no de fsforos so tan precisas, se comprende que en la actualidad
sea mucho ms empleado e magnesio que el cerio para producir fundiciones con grafito
esferoidal.
La adicin a la fundicin liquida del magnesio o de otros elementos alcalinos o
alcalinotrreos, que por sus propiedades actan como enrgicos desoxidantes y
estabilizadores de carburos, alteran el normal mecanismo de solidificacin de la fundicin,
provocando la separacin del grafito en forma nodular.
La microestructura de estas fundiciones en bruto suele estar constituida por esferoides de
grafito rodeado por aureolas de ferrita sobre un fondo o matriz de perlita.
Al estudiar con detalle el proceso, el magnesio, al ser adicionado al bao metlico, se
combina rpidamente con el azufre si este se halla en cantidades importantes en la
fundicin.
Por ello conviene desulfurar bien la fundicin para
que el contenido en azufre de la fundicin, en el
momento de adicionar el magnesio sea inferior a
0.02%. As la accin del magnesio ser
verdaderamente eficaz y no se emplear en cambio
una parte del magnesio para desulfurar la
fundicin.
En la prctica normal, para obtener el grafito
esferoidal, es necesario, adems, de aadir
magnesio en la forma y cantidad conveniente adicionar tambin un elemento
inoculante a la fundicin. El magnesio que en este proceso se considera como el
agente que promueve la esferoidizacin, en realidad si fuera el nico elemento que
se adicionar al bao dara lugar a la formacin de una fundicin blanca. Siendo el
magnesio un elemento que blanquea la fundicin, se comprende que si accin
combinada con la de un inoculante es la que verdaderamente produce la
esferoidizacin.
FUNDICION MEEHANITE.- Las necesidades de la segunda guerra mundial
exigieron la fabricacin en un ritmo acelerado de grandes cantidades de piezas
para automotores, como bielas y cigeales. La produccin de tales piezas ha
resultado mucho ms rpida fundindolas que fabricndolas a martinete con
matrices.
Para la obtencin de piezas fundidas de una rigidez igual a la de piezas de acero
forjado se necesita, sin embargo, un material adecuado que rena tanto las
propiedades del hierro colado que permuta una fundicin fcil, como las
caractersticas mecnicas del acero.
28
Uno de los materiales ms conocidos que se emplean en esta clase de fundiciones
es el Meehanite, llamado as por el apellido del investigador A. F. Meechan, quien
obtuvo su primera patente en EE.UU. de Norteamrica en el ao 1922 y se ha
ocupado durante largos en estudios tendientes a mejorar las propiedades fsicas
de los hierros fundidos.
Ya hemos explicado que las lminas de grafito que interrumpen la matriz reducen
la resistencia del hierro fundido. Ahora bien, el metal Meehanite tiene su origen en
la observacin que por inoculacin, tratando al hierro en estado de fusin con
ciertos elementos grafitantes, en la cuchara o en el horno, se puede influenciar la
cantidad, la forma y el tamao del grafito. Adiciones del calcio, magnesio, etc.,
acompaadas con un aumento del porcentaje de chatarra de acero que se
introduce en el cubilote, han dado resultados satisfactorios en lo que se refiere a
las propiedades mecnicas de las piezas fundidas. Esta proporcin elevada (hasta
50 a 80%) de chatarras de acero constituyen un factor importante en la
elaboracin de la fundicin Meehanite; otro factor importante los constituye el
sobrecalentamiento del metal en estado de fusin.
El Meehanite es un metal de fundicin que tiene una composicin qumica
semejante a la mejor fundicin de hierro y que, al mismo tiempo, combina las
mejores propiedades fsicas del hierro colado y del acero moldeado.
Se parece al hierro colado, por el hecho de que tiene una gran capacidad de
amortiguamiento de golpes, y con respecto al acero conserva este metal una gran
resistencia a la traccin, a la fatiga, a la corrosin y al desgaste.
El Meehanite tiene una estructura de grano fino, como el acero. Consta de perlita
sin vestigios de ferrita, por lo que se parece a los aceros para la construccin de
herramientas, que contienen alrededor de 0.85% de carbono.
El grafito que contiene el Meehanite, se encuentra en pequeas lminas
diseminadas dentro de su estructura en forma tal, que no se enlazan entre s; la
resistencia mecnica del metal, aumenta considerablemente, porque una
estructura semejante no da lugar a la existencia de superficies dbiles formada
por carbono, que priginan las roturas.
Estas aleaciones causan las siguientes caractersticas:
- Alta resistencia a la ruptura.
- Durezas uniformes an en piezas con fuertes variaciones en el espesor.
- Grano fino y uniforme.
- Buena maquinabilidad, excepto en las de uso de alta friccin.
- Gran gama de aplicacin.
Comparacin de propiedades mecnicas.
CIFRAS FUNDICIN GRIS MEEHANITE ACERO MOLDEADO
29
MECNICAS CORRIENTE R Kg/mm2 15.5 38-49 49 E Kg/mm2 8.15 14.770 21.000 CHARPY Kg/mm2 0.053 0.185-0.23 0.237 TORSIN Kg/mm2 35. 42 38-45
DUREZA BRINELL 100-194 196-200 600 Temple
170
DENSIDAD Kg/mm3
7-7.7 7.43 7.86
Internacional Meehanite Metal Corporation ha desarrollado cuatro grupos principales de
aleaciones, como se indica:
GRUPO 1.- Piezas para maquinaria en general (G significa general use).
GM - Mxima resistencia para aplicaciones especiales.
GA - Alta resistencia, buena maquinabilidad.
GAH - Especial para tratamientos trmicos.
GB - Alta resistencia para todo propsito.
GC - Alto pulimiento para todo propsito.
GD - Piezas livianas estancadas.
GE - Piezas pequeas y de escaso espesor.
GRUPO 2.- Piezas resistentes al calor. (H significa Heat resisting)
HA - Hasta 650:C, maquinable.
HB - Calor y abrasin hasta 750:C.
HR - Rigidez y resistencia al descascarado, hasta 840:C.
HD - Hasta 620:C.
SC - Resistencia de descascarado hasta 750:C.
HE - Temperaturas con variacin intermitente.
GRUPO 3.- Piezas resistentes a la friccin (W significa Wear resisting)
WA - Maquinable, resistente severos esfuerzos.
WAH - Tratable trmicamente, alta dureza.
WB - Fuerte al desgaste abrasivo.
WH - Dureza extrema para materiales altamente abrasivos.
WBC - Fundicin en coquillas extrema resistencia la compresin.
WFC - Fundicin en coquillas, piezas ligeras.
GRUPO 4.- Resistencia a la corrosin (C significa corrosin resisting)
CB3 - Para cidos concentrados.
KC - Para lcalis.
CB - Acide y agentes atmosfricos.
CC - Agentes atmosfricos y agua de mar.
30
Las caractersticas mecnicas de las diferentes aleaciones Meehanite pueden consultarse
en las tablas que damos a continuacin.
Tabla 34 y 35; Propiedades de varios tipos de metal Meehanite.
Propiedades fsicas del metal Meehanite
Tipos para trabajos generales
Tipos Resist. Al calor Mximo de Temp. De trabajo
Tipos de res. A la corrosin.
Caractersticas GM GB GC GD HD HR CC-CB Resistencia de traccin Kg/mm2
38.6 31.6 28.1 24.6 23.1 28.1 29.5
Mdulo de elasticidad Kg/mm2
16.2 13.35 12.3 10.55 12.3 14.75 13.35
Mdulo de rotura segn Am. Found.Ass Kg/mm2
65.4 59.5 57.6 52 47.1 53.5 54.1
Resistencia de fatiga Kg/mm2
17.6 13.3 12.3 10.5 11.2 13.35 13.35
Resistencia al impacto (Charpy) Kg/mm2
0.185 0.157 0.104 ----- ----- ----- -----
Ensayo de torsin; probeta dimetro, 19, 1mm largo 368.9 mm Resistencia de torsin Kg/mm2 ngulo de torsin grados
45 99.3
39.2 76.1
33.2 64.3
28.2 56.7
----- ----- -----
Dureza (Brinell) 217 196 192 183 202 229 187 Peso espesfico Kg/mm3
7.48 7.37 7.25 7.13 ----- ----- -----
Con tratamiento trmico en los tipos GM, GA y GB pueden obtener durezas de hasta 600
Brinell.
Observaciones
La resistencia de traccin se refiere a ensayos con una probeta de un dimetro de 30.5mm.
La dureza Brinell se refiere al estado fundido.
COMPOSICION QUIMICA DE LOS ACEROS MOLDEADOS
ELEMENTOS AL CARBONO ALEADOS - Carbono - Silicio - Manganeso - Azufre - Fsforo - Nquel - Cromo
0.1 a 0.90% 0.2 a 0.40% 0.6 a 0.90% 0.01 a 0.035% 0.01 a 0.3%
0.08 a 0.04% 0.25 a 1.80 0.50 a 12.00 0.01 a 0.03 0.01 a 0.03 1.25 a 11.00 0.5 a 24.00
31
- Molibdeno - Vanadio - Cobre - Titanio - Tungsteno
0.20 a 0.50 0.20 a 0.50 0.50 a 1.50 0.20 a 0.40 0.50 a 3.00
Ntese que los aceros aleados tienen menor proporcin de carbono. Esto significa que los
elementos de aleacin son los que marcan las caractersticas de estos aceros. En cambio en
los aceros al carbono las propiedades mecnicas dependen exclusivamente del carbono.
Los aceros moldeados en general deben ser sometidos a tratamientos trmicos para
mejorar la estructura cristalina de las piezas en especial, los aceros al carbn deben
someterse a recocido bajo temperaturas que fluctan entre los 750 y 900:C, dependiendo
de la composicin qumica. El tiempo de tratamiento depende del espesor y volumen de
las piezas.
Los aceros aleados tambin admiten o exigen tratamientos trmicos, salvo algunas
aleaciones al nquel cromo que se conocen como auto-temple, es decir que con el
enfriamiento natural de las piezas dentro de los moldes tienen suficiente endurecimiento
y buenas condiciones en el tamao de los cristales.
Las caractersticas mecnicas de is aceros moldeados estn comprendidas entre los
siguientes valores:
CARACTERSTICASDE LOS ACEROS MOLDEADOS
Caractersticas Al carbono Aleados Resistencia a la ruptura Kg/mm2 Lmite elstico (Kg/mm2) Alargamiento (%) Dureza Brinell
40 a 60 32 a 50 13 a 23 116 a 180
60 a 100 50 a 75 10 a 25 135 a 275
Como se puede ver en el cuadro precedente, las caractersticas mecnicas de los aceros
aleados son notablemente superiores a las que acusan los aceros al carbono. En
consecuencia es importante conocer la influencia de los elementos de aleacin que tienen
sobre los aceros moldeados:
CARBONO.- Segn se va elevando el contenido dentro de los rasgos sealados para los
aceros mejor la resistencia a la traccin y disminuye el alargamiento.
SILICIO.- Es el desoxidante por excelencia de los aceros. Mejora la dureza, eleva la
resistencia a la traccin y el lmite elstico aparente y mejora la ductilidad.
Todo esto hasta un lmite de 0.8%. Cantidades mayores los tornan frgiles o
quebradizo.
MANGANESO.- Aumenta la dureza. Es desoxidante y depurador. Combina con el
azufre eliminando la fragilidad. De las condiciones de forja y laminado.
Como elementos aleados aumenta la tenacidad y la resistencia sin bajar
ostensiblemente la ductilidad. Alto contenido entre 11 y 13% carbono 1.00
a 1.30% produce el acero al manganeso llamado HADFIELD resistente al
32
desgaste se usa en chaquetas para molinos. Debe someterse a recocido y
temple.
AZUFRE.- Constituye una impureza proveniente de los minerales y del carbn.
Cuando est presente en pequeas cantidades se hace inocuo porque
combinan con el manganeso. Cuando la proporcin es ms alta combina
con el hierro formado FeS y destruye lo continuidad de la estructura
cristalina tomando frgil al acero. Lmite mximo 0.06%
FOSFORO.- Torna al acero en frio y disminuye la resistencia. Lmite mximo 0.06%.
Sumando con el azufre no debe sobrepasar 0.08%.
NQUEL.- Hace tenaz al acero. Sube la resistencia, el lmite elstico y la dureza. Afina
el grano. Elevada proporcin reduce aceros diamagnticos, con 22%
resulta resistente a la corrosin con 24% se usan para calefaccin elstica
por ser elevada resistividad. Con 36% se utiliza para instrumentos de
precisin por su baja dilatacin. Con 18-8 de cromo y nquel el acero es
inoxidable tenaz, poco corrosivo ala cavitacin y se usa para turbinas
hidrulicas, engranes, etc.
CROMO.- Es uno de los elementos ms valiosos en los aceros. Se obtiene granos
cristalinos de fina contextura, resistencia a la corrosin y al calor. Se usa en
combinacin con el nquel para fabricar componentes de instalaciones de
energa atmica. Con alto contenido (18-22%) y 8-10 de nquel se obtienen
los inapreciables aceros inoxidables conocidos como STAINLES STEELS.
VANADIO.- Evita el crecimiento del grano cristalino, mejora la maleabilidad, sube la
resistencia y el lmite elstico. Casi nunca sobrepasa el 1%. Combinado con
cromo se obtienen aceros para forjas de alta resistencia. (0.2% Vanadio
2% cromo).
MOLIBDENO
Resistencia a la traccin y a la percusin elevada. Buena ductibilidad con 0,2%- 0,5% con
pequeas cantidades de: Cr 0,15%-0,25%, Ni 0,5%, eleva notablemente la resistencia a la
traccin, el lmite elstico y la dureza.
TUNGSTENO
Especial para herramientas de corte, su alta dureza se mantiene a temperaturas superiores a los 600 C. permite gran avance, gran corte y gran velocidad de trabajo en mquinas herramientas cuando se trata de aleaciones de 5% a 6% de Tg.
Las piezas fundidas que tienen entre 0,60% y 0,70% de C y de 1% a 3% de Tg se usan para cilindros de motores de aviacin, caones, etc.
A continuacin se muestran dos cuadros con las composiciones qumicas y las caractersticas fsicas de los aceros moldeados al carbono y aleados.
COMPOSICION Y PROPIEDADES DE LOS ACEROS MOLDEADOS
COMPOSICION QUIMICA CARACTERISTICAS TRATAMIENTOS USOS
33
MECANICAS TERMICOS
C.T. Mn Si S P R A
0,11 A 0,25
0,60 a 0,70
0,40 a 0,32
0,035 a 0,032
0,03 a 0,012
41 a 47
13,0 a 22
126 a 116
recocido de 885 C a 900 C
piezas generales
0,30 a 0,32
0,80 a 0,70
0,33 a 0,24
0,026 a 0,030
0,03 a 0,03
53 a 50
19,5 a 23
156 a 130
recocido a 890 C
piezas generales de resistencia a la traccin
0,32 a 0,48
0,73 a 0,68
0,24 a 0,41
0,03 a 0,01
0,03 a 0,02
61 a 58
18 a 17
170 a 182
recocido a 850 C. temple a 950 C (aire)
resistencia al desgaste
0,62 a 0,90
0,66 a 0,90
0,22 a 0,27
0,03 a 0,028
0,03 a 0,016
recocido de 840 C a 800 C
alta resistencia al choque y desgaste (martillos y matrices)
ALEADOS
TIPO C.T. Mn Si Ni Cr Mo V Cu Ti W R A HB USOS
Mn(medio) 0,25 1,43 0,55 65 24 170 desgaste, choque
Mn(alto) 1,3 13 1,5 82 22 desgaste (molinos)
Ni 0,15 - 0,30
0,6 - 0,9
2 a 3 60 - 70
30 - 22
elem. Maquinas alta temperatura
Ni-Cr 0,36 0,53 0,28 1,62 0,76 70 20 200 elem. Maquinas
NI-Cr-Mo 0,25 - 0,35
0,6 - 0,8
1,25 - 2,0
0,5 - 1,0
0,3 - 0,4
78 - 94
18 a 10
230 -275
Engranajes, excavador A. Tem. Des.
Cr 0,15 1 max
1 max
5 - 1; 11,5 - 13,5
67 - 90; 63 - 70
elem. Maquina Inox. Bbas turbinas
34
Cr-Mo 0,25 - 0,35
0,5 - 1,5
0,2 - 0,5
Res. Traccin, desgaste Piezas Liv.
Mn-Cr-Mo 0,25 - 0,40
1,25 - 1,50
0,7 - 0,9
0,3 - 0,4
Economa en peso
Cu-Cr 0,28 - 0,35
0,35 - 0,45
0,9 - 1,2
0,5 - 1,5
70 25 Engra. Mot. Comb. Inter.
Mn-Si-Ni-Cr 0,08 - 0,15
2 max
1 max
8 a 10
17 - 19
60 60 - 55
135 - 185
Inox. Choque
Mn-Sr-Cr-Ni-Ti
0,08 2 max
1 max
8 a 11
17 - 19
5xC 70 - 100
60 - 65
135 - 155
Inox. Res. Calor y Vibracin
Si-Ni-Cr-W 0,14 0,43 176 11,4 23,9 3,2 60 25 170 Inox. Res. Calor.
La obtencin de piezas moldeado es mucho ms difcil que las de fundiciones, por las
siguientes razones, entre otras:
La elevada temperatura de fusin y de vaciado, que provoca principio de fusin en
la arena, exigiendo mejores calidades.
Gran rechepe de las piezas, lo que demanda mayor cuidado en la sobre
alimentacin de los fundidos.
Elevada contraccin, caractersticas que provoca cortaduras en las piezas, las que
se producen en temperaturas en las que el acero an no tiene resistencia o est
muy baja.
Diferencia de velocidad de enfriamiento segn los distintos espesores de las
piezas, obligando a utilizar enfriadores internos o coquillas externas en los moldes.
Necesidad de tratamientos trmicos de recocido y de temple, para modificar la
estructura cristalina y el tamao de los granos.
FUNDICION DE LAS ALEACIONES DE COBRE (Cu)
El empleo de las aleaciones de Cu (particularmente con el estao) tiene su origen en la
ms remota antigedad. Fue justamente una aleacin de Cu y estao la que le dio el
nombre a la llamada edad de bronce, que sigue a la de la piedra y precedi a la del hierro.
Los descubrimientos arqueolgicos y los estudios correspondientes hacen remontar los
primeros objetos de bronce a unos miles de aos antes de Cristo; no obstante, todava se
emplea se emplean estas aleaciones ampliamente en las construcciones metlicas y, aun
siendo en buena parte los elementos aleatorios iguales a los empleados hace 3000 o 4000
aos, obtienen los resultados superiores, por estar perfeccionado en mtodos de fusin y
35
por ser mayor el conocimiento que se tiene de las reciprocas influencias de los elementos
en s y de las aleaciones por ellos formados.
Los metales que ms comnmente entran en la composicin de los bronces son el cobre,
estao, el zinc, el plomo y el aluminio con proporciones ms pequeas de otros metales,
cual el nquel, el hierro, el manganeso, el silicio, el fosforo que aun en pequeas cantidades
confieren caractersticas especiales a las aleaciones.
EL COBRE
Se funde a unos 1083 C, y tiene buena conductividad trmica y elctrica. Se encuentra en
la naturaleza en forma de xidos, carbonatos y sulfuros con el nombre respectivo de
cuprita, malaquita y calcopirita, que es el mineral ms importante.
Los yacimientos ms notables de estos minerales se encuentran en los Estados Unidos,
Canad, Mxico, Chile, Rusia, Espaa y Japn.
El cobre ms puro y que da mejores resultados en la fundicin de los bronces es el
llamado electroltico, por ser obtenido por electrolisis.
ESTAO
Se funde a unos 232 C y se emplea en aleaciones con otros metales. Esta menos difundido
en la naturaleza que el cobre y se encuentra en Inglaterra, China, Malasia, Bolivia y Sian, en
forma de xido que toma el nombre de casiterita, de la que se extrae el material por
reduccin.
EL ZINC
Se funde a unos 420 C y entra a formar parte, adems de en los bronces, en los que
sustituye parte del estao, en las alecciones llamadas latones, muy usados en fundicin y
para obtener barras, planchas, etc. Y para aleaciones de zinc y aluminio adecuadas para la
fusin en coquilla y a presin.
El zinc se encuentra en la naturaleza sobre todo l forma de sulfuro, que toma el nombre
de blenda, o de carbonato, llamado calamina, en los Estados Unidos, Espaa, Francia,
Silesia e Italia.
EL PLOMO
Se funde a unos 327 C y se encuentra en la naturaleza principalmente en forma de sulfuro
(esto es, galena) en los Estados Unidos, Mxico, Canad, Austria, Alemania, Espaa e Italia.
Entra tambin en aleaciones con el cobre y el zinc, y tiende a solidificarse la aleacin, a
producir licuaciones, esto es, a separarse de los toros metales.
EL ALUMINIO
No entra en las aleaciones de cobre y estao clsicas (o bronces), en las que casi siempre
es considerado una impureza, pues resulta muy perjudicial por la formacin de xido
(almina), pero si en los llamados bronces de aluminio.
El aluminio se funde a 657 C, y es la base de toda la vasta gama de aleaciones llamadas
ligeras. Se extrae sobre todo de la bauxita, oxido hidratado de hierro y aluminio, mediante
electrolisis de un bao fundido de esta.
36
Esta se encuentra en yacimientos de minerales de aluminio en Amrica, Francia, Italia y
Noruega.
EL NIQUEL Y EL HIERRO
Puede entrar en las aleaciones del cobre en pequeas proporciones, confiriendo a estas
ligas una estructura ms fina y, por ello, mayor resistencia y maleabilidad.
EL MANGANESO, EL SILICIO Y EL FOSFORO
Entran en los bronces, ms que como elementos ligantes verdaderos y propios, como
desoxidantes, esto es, para eliminar el oxgeno que puede ser absorbido por las aleaciones
de cobre durante la fusin.
ALEACIONES DE COBRE Y ESTAO O BRONCES
Las aleaciones compuestas solamente de cobre y estao tienen un mximo de resistencia a
la traccin cuando el contenido de este ltimo llega a 185-19%; en cambio, disminuye
proporcionalmente el alargamiento hasta casi anularse. Sobre pasado el lmite el 20%, el
metal se hace frgil, aunque adquiere, por el gran contenido de este, la notable cualidad de
la antifriccin; pero se observa en estas aleaciones tendencia a la licuacin, esto es, a la
separacin en el estado slido de los componentes.
ALEACIONES DE BRONCE PARA PIEZAS MOLDEADAS
ALEACION PARA
Cu Sn Pb Zn P R A (HB)
Piezas de maquinaria
90 10 0,08 20 3 60
Engranajes - Turbinas - Cojinetes
88 12 0,08 20 5 75
Desgaste - Cojinetes - Alta presin
86 14 0,08 20 3 90
Cojinetes livianos
86 7 2 5 18 6 70
Cojinetes pesados
75 9 16 0,05 16 10 60
Cojinetes laminados en caliente
86 10 4 0,05 18 12 70
Cojinetes laminados en frio
80 12 8 0,05 15 7 60
Piezas comunes (AL-7.11)
89 - 93 35 12 80
Grifera de agua (Alemania)
85 7 5 3 15 8 60
Grifera de agua
85 5 5 5 15 8 60
37
(Americana)
El cobre aleado con zinc, da el latn, el cual es compuesto por trmino medio, de dos
terceras partes de Cu por una tercera parte de Zinc. Su peso especfico vara entre 8,2 y
8,9.
Si a la aleacin se aade un poco de plomo, el latn queda ms blando y se puede trabajar
muy bien en el torno.
ALEACIONES DE LATON PARA MOLDEO
ALEACION PARA Cu Sn Pb Zn
Piezas moldeadas (rojo)
89 1 10
Piezas sin especificacin (amarillo)
84 1 15
Anticorrosivo (aguas duras)
57 1 42
Piezas de Maquinaria
60 40
Piezas sin especificaciones (adornos)
60 1.5 38.5
Para barcos-cojinetes-tuercas (Mn+Al+Fe+Sn hasta 7.5%)
65 1.5 Resto
CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES ALEACIONES DE ALUMINIODE FUNDICION
En la seleccin de aleacin de aluminio ms adecuado para fines determinados, el tcnico
debe considerar el mtodo de moldeo ms el propsito para cada pieza, si puede
someterla o no a mejoramiento y cules son sus caractersticas.
Desde el punto de vista de resistencia mecnica, es evidente que las aleaciones que pueden
ofrecer la mayor carga de rotura son las de mejoramiento. Entre las que ofrecen mejores
caractersticas de resistencia, especialmente de desgaste, son las aleaciones de cobre;
siguen las aleaciones de magnesio y al zinc-magnesio; el segundo grupo y el cuarto
presentan adems una elevada tenacidad.
Sobre la resistencia en caliente, las aleaciones de mejor comportamiento son las que
contiene cobre, nquel y hierro; siguen las aleaciones de gran contenido de magnesio y
silicio y por ltimo las aleaciones de zinc.
38
Desde el punto de vista de colabilidad y ausencia de fragilidad de contraccin, se observa
que estas cualidades, en comparacin con el aluminio pursimo, disminuyen primero con
la presencia del alrededor y luego aumenta superando casi la proporcin correspondiente
al mximo intervalo de solidificacin; entre las diversas aleaciones, el complejo de las
aleaciones aluminio-silicio con fuerte contenido de silicio es el que mejor se comporta.
Pasando a la mecanizacin, las ms mecanizables son las que dan una viruta quebradiza y
ofrecen escasa resistencia mecnica; desde el punto de vista las aleaciones de cobre-
aluminio son las mejores. Las aleaciones aluminio-silicio, por la conocida presencia de
cristales de silicio dursimo que causa la rotura del filo cortante, presentan un
comportamiento opuesto, as que no son aconsejables en el caso de preparacin de piezas
de forma compleja que requieren una prolongada mecanizacin.
Para la resistencia a la presin, en cambio, las aleaciones de aluminio-silicio son las
mejores: las menos adecuadas son las aleaciones con gran contenido de magnesio.
Sobre la pulimentabilidad, es evidente que las ms duras y las ms homogneas son las
ms bien pulimentables; entre las diversas aleaciones las mejores son las de aluminio-
silicio-magnesio de bajo contenido de silicio y mejoradas o bien las aleaciones con gran
contenido de magnesio respecto a la oxidacin andica, las aleaciones de bajo contenido
de magnesio o de silicio presentan en cambio un desfavorable comportamiento, no solo
por la deficiente compacidad de la pelcula de xido sino tambin por el aspecto
amarillento de la misma.
Finalmente, en lo que se refiere a la resistencia a la corrosin. Conviene conocer la
naturaleza del ambiente. En el caso de ambientes de carcter neutro o cidos, el material
que mejor resiste indudablemente es el aluminio, especialmente el ttulo elevado. Al
aluminio le siguen las aleaciones de aluminio-silicio- y aluminio-magnesio.
En el caso de ambientes bsicos estn ms indicadas, en cambio, las aleaciones de
aluminio-magnesio, las cuales, con elevada proporcin presentan incluso una resistencia a
la corrosin mayor que la del aluminio puro; tales aleaciones, pues las ms indicadas en
ambiente marino.
ALEACIONES DE ALUMINIO PARA MOLDEO
El aluminio puro no se emplea para piezas moldeadas y su uso esta principalmente
destinado a los laminados de perfiles, tubos y chapas.
En cambio las aleaciones a base de aluminio son numerosas y tienen gran importancia en
virtud a su escaso peso especfico. Las dividiremos en varios grupos segn sean los
elementos de aleacin. Al final de este ttulo se incluir una tabla de las aleaciones para
piezas coladas.
ALUMINIO-COBRE
Las aleaciones tiles estn comprendidas en los siguientes rangos:
- Menos de 15% de cobre
- Menos de 15% de aluminio
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Las primeras son de mayor importancia en la obtencin de piezas moldeables.
Las aleaciones con menos de 15% de aluminio se conocen con el nombre de aluminio
bronceado, tiene una resistencia de 70 a 76 Kg/mm2 y tiene buen comportamiento a las
cargas alternativas (compresin y tensin sucesivas). Son generalmente frgiles. La ms
comn es la de 10% de aluminio.
ALUMINIO-ZINC
Las aleaciones tiles estn comprendidas entre los siguientes rangos:
- Menos de 33% de zinc