62235310 Fundicion Gris

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA INDUSTRIAL

INGENIERÍA DE MATERIALES FUNDICIÓN GRIS

FUNDICION GRIS DEFINICIÓN: La fundición gris es un tipo de fundición que a diferencia de las demás contiene carbono precipitado como grafito en forma de hojuelas. Ésta es la fundición de hierro de más amplio uso y debe su nombre al color gris mate de la superficie fracturada. La fundición de hierro gris contiene muchos racimos, es decir celdas eutécticas, de hojuelas de grafito interconectadas. El punto en el cual se conectan estas hojuelas es el núcleo original de grafito. Las hojuelas de grafito aparecen durante la solidificación y posterior enfriamiento de la fundición.

Mayoría de las aleaciones grises son aleaciones hipoeutécticas que contienen entre 2.5% y 4% de carbono. El proceso de grafitización se realiza con mayor facilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si la cantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio silicio es la adecuada. Para que grafiticen la cementita eutéctica eutéctica y la proueutectoide, aunque aunq ue no la eutectoide, y así obtener una un a estructura final perlítica hay que controlar cuidadosamente el contenido de silicio y la velocidad de enfriamiento

El hierro gris se utiliza bastante en aplicacion es como bases o pedestales p edestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras

(a) Esquema y (b) microfotografía microfotografía del grafito en hojuelas en la fundición gris gris

1



Características de la Fundición Gris: 

Las fundiciones grises son más blandas que las fundiciones blancas.



Poseen fractura grisácea.



Las fundiciones atruchadas son de características y de estructura intermedia entre las fundiciones grises y blancas



Una

parte del carbono precipita en forma de grafito.



La fundiciones grises tienen un peso especifico de 7.25gr/cm3, inferior a las blancas, porque el carbono en forma de grafito posee un volumen mayor combinado con el hierro en forma de cementita. Esto se traduce en un aumento de volumen de las fundiciones grises al enfriarse, entre los 1000 y 800 ºC, o sea las temperaturas en que se forma el grafito.



La fundición gris es uno de los materiales metálicos más baratos.



Son

las más utilizadas en la construcción mecánica (95% de la producción actual

es fundición gris) 

Las condiciones de carbono en la práctica normal varían entre 2.75% y 3.50%



En fundiciones ordinarias su resistencia a tracción varia en 10 a 20 Kg/mm2 y su dureza de 120 a 180 Brinell Brinell



En fundiciones de calidad su resistencia a tracción varia en 20 a 35 Kg/mm2 y su dureza de 180 a 250 Brinell

2



NOMENCLATURA:



ASTM (American Section of the International Association for Testing Materials) Las normas ASTM son aplicables para aleaciones ferrosas y fundiciones. Estas normas contribuyen a clasificar, evaluar y especificar las propiedades químicas, mecánicas, metalúrgicas y del material de las aleaciones de hierro y sus fundiciones. Las fundiciones pueden ser ferríticas, austeníticas, grises, perlíticas, dúctiles o maleables.

Estas normas de aleaciones ferrosas y fundiciones son útiles para guiar a los laboratorios metalúrgicos y las refinerías, fabricantes de productos, y otros usuarios finales de hierro fundido y sus aleaciones en su tratamiento adecuado y los procedimientos de aplicación para garantizar su calidad para un uso seguro. Además esta norma incluye una especificación de tipos para clasificar al grafito de acuerdo a las diversas formas de las hojuelas. Tenemos: y

TIPO A: Que suele ser el más corriente, aparece en el centro de las piezas de cierto espesor, fabricadas con fundiciones grises ordinarias, de composición próxima a la eutéctica. Este tipo de grafito es el que conviene para la fabricación de piezas para la maquinaria.

3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA INDUSTRIAL y


TIPO B: El grafito aparece en forma de rosetas con un porcentaje de silicio y, sobre todo, de carbono elevados, en piezas enfriadas rápidamente. Se suele presentar en piezas delgadas de unos 10 mm de espesor coladas en arena.

y

TIPO C: Grafito en láminas gruesas de gran espesor y longitud, corresponde a fundiciones grises hipereutécticas de muy alto contenido en carbono, en piezas de mediano y gran tamaño. Esas láminas suelen ser de orientación desordenada y se presentan con otras de tamaño normal.

Para las fundiciones grises, esta norma establece la siguiente nomenclatura: ASTM A48 / A48M Esta especificación cubre piezas fundidas de hierro gris para uso de la ingeniería en general, donde la fuerza de tracción es una consideración importante.

4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA INDUSTRIAL 


AISI (American Iron and Steel Institute) y SAE (Society of Automotive Engineers). Los aceros y aleaciones en general se pueden designar de acuerdo a las ͞ merican Iron and Steel Institute ASTM A ͞ merican instrucciones dadas por AISI A ͟ SocietyforTesting and Materials y SAE͞ Society of AutomotiveEngineers. ͟ ͟

La designación AISI/SAE consta de cuatro cifras. Las dos primeras indican el contenido en aleantes y las dos segundas en carbono. Las dos primeras para aceros al carbono son 1 y 0 mientras que en aceros aleados puede ser por ejemplo 13, 41 o 43. Las cifras tercera y cuarta indican el contenido en carbono multiplicado por cien. Por ejemplo, el acero código AISI/SAE 1010, es un acero al carbono (sin elementos aleantes adicionales) y un 0.1 % de C.

COMPOSICION QUÍMICA: Las fundiciones están compuestas químicamente por: carbono, silicio, manganeso, azufre y fósforo. La composición química de las fundiciones grises se diferencia del de las demás fundiciones por su alto contenido en carbono y silicio de los cuales hablaremos específicamente de cada uno:

5

UNI

ER I NACI NAL E RUJILL INGENIERÍA INDUSTRIAL Carbono: Los hie os grises contienen, típic

INGENIERÍ A DE MATERIALE FUNDICI N GRIS ente, de 2 5 a 4 5

de carbono total. El

carbono puede encontrarse como grafito en las ho juelas, o bien, combinado en la cementita. El grado de grafitización puede e presarse como: % carbono total = % grafito + % carbono combinado. Si

la grafitización es completa, como ocurre en hierros grises f erriticos, el porcenta je de

carbono total será igual al porcenta je de grafito. Porcenta jes de carbono combinado de 0.5 a 0. 8% generalmente indican que la estructura de la matriz es principalmente perlítica. Para que un hierro solidifique como gris es necesario un contenido mínimo de carbono total, alrededor de 2. 2%, pero este valor depende del contenido de silicio.

ilicio:

Se

encuentra presente en cantidades de1 a 3.5% en hierro gris.

Microestructuralmente, el silicio se encuentra disuelto en la f errita. La cantidad de silicio tiene ef ecto sobre la solidificación, ya que favorece la solidificación de acuerdo con el sistema estable hierro-grafito. El silicio también tiene ef ecto sobre la transformación eutectoide. La perlita en un hierro gris con 2% de Si puede contener solamente 0.60% de carbono. Azufre y

anganeso: El azufre en hierro gris puede estar presente en cantidades de hasta

0.25%. Es un elemento que restringe la grafitización (estabiliza el carburo de hierro). El azufre forma F e S, que es indeseable. En presencia de manganeso se forma MnS, que aparece en forma de inclusiones distribuidas al azar. Sólo, el manganeso también es un estabilizador del carburo. Las siguientes reglas se aplican para regularlas interacciones entre estos elementos: 1. 1.7 (%S) = % Mn; Porcenta je estequiométrico para formar MnS 2. 1.7 (%S) + 0.15 = % Mn; Porcenta jes de Mn que favorece la formación de un máximo de f errita y un mínimo de perlita. 3. 3(%S)+ 0.35 = %Mn; Porcenta je de Mn que resultará en estructura periítica.

Fósforo:

Se

encuentra presente en cantidades de 0.1 a 0.9%. Provoca la formación de

esteadita, que es un eutéctico ternario duro y frágil. La presencia de esteadita hace frágil al hierro fundido, de manera que el contenido de fósforo debe ser controlado

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cuidadosamente si se desean propiedades óptimas. El fósforo incrementa la fluidez, por lo que ocasionalmente es añadido cuando se fabrican formascomplicadas.

En las fundiciones grises el carbono que se encuentra en forma de grafito ocupa un volumen mucho mayor a comparación del carbono combinado presente en las fundiciones blancas. El contenido de carbono en este tipo de fundición es elevado ya que cuanto mayor sea el porcentaje de carbono más fácil es la formación de grafito además que permite que la temperatura de fusión de la fundición sea baja para que esta cuele bien.

Con respecto al azufre y al manganeso, los porcentajes de ambos elementos químicos en la composición de la fundición son bajos ya que poseen un efecto contrario a la grafitización.

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MICROESTRUCTURA

La fundición gris de acuerdo a su microestructura posee los siguientes constituyentes:

a.

Grafito:

el grafito es una forma elemental de carbono. Es blando, untuoso, de color

gris oscuro, con peso específico 2.25 que es aproximadamente 1/3 del que tiene el acero. Se presenta en estado libre (fundición gris) ejerciendo una influencia muy importante en sus propiedades y características. Estas dependen fundamentalmente de la forma del grafito, de su tamaño, cantidad y de la forma en que se encuentre distribuido. En las fundiciones grises se encuentra presente en forma de láminas u hojuelas.

La presencia de grafito en las fundiciones grises en cantidades importantes, baja la dureza, la resistencia y el módulo de elasticidad en comparación con los valores que corresponderían a las mismas microestructuras sin grafito. El grafito además reduce casi a cero su ductibilidad, su tenacidad y su plasticidad. Sin embargo, el grafito mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión. Disminuye el peligro de los agarrotamientos por roce de mecanismos y piezas de máquinas y motores, ya que en cierto modo actúa como un lubricante. También mejora la maquinabilidad y reduce las contracciones durante la solidificación.

b.

Est adita:

La

esteadita

es

un

compuesto de naturaleza eutéctica, dura y frágil y de bajo punto de fusión (960º) que aparece en las fundiciones de alto contenido en fósforo. La esteadita tiene un 10% de fósforo y su peso específico es próximo al del hierro. Como casi todo el fósforo que contienen las fundiciones se hallan formado por Steadita, tendremos una fundición con 1% de fósforo, por ejemplo tiene aproximadamente en su microestructura 10% de Steadita.

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En la fundición gris la esteadita está compuesta de un eutéctico celular binario de ferrita y fosfuro de hierro.

c.

Ferrita:

Es una solución sólida intersticial de carbono en una red cúbica centrada en el

cuerpo de hierro. Admite hasta un 0,021 % C en solución a la temperatura eutectoide. Es el constituyente más blando del acero. La morfología y estructura granular de la ferrita es muy variada pudiéndose encontrar hasta 24 términos descriptivos de la misma. Sin embargo, son dos las morfologías que conviene destacar :

Morfología equiaxial

Estructura de Widmanstätten

La morfología equiaxial corresponde a granos poligonales de ejes aproximadamente iguales, que resultan a veces atacados diferentemente en función de su orientación cristalográfica respecto a la superficie de observación. En la estructura de Widmanstätten un enfriamiento rápido desde altas temperaturas obliga a un crecimiento de la ferrita según ciertas direcciones preferenciales, resultando granos alargados en dichas direcciones del grano de austenita previo.

La ferrita de los aceros se diferencia de la fundición, en que esta suele contener en disolución cantidades muy elevadas de silicio que elevan su dureza y resistencia.

9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA INDUSTRIAL d.


Perlita: Debido a la presencia de silicio, el contenido de carbono en perlita de las fundiciones es inferior al de los acero. Al variar las fundiciones el silicio de 0.5 a 3%, varia el porcentaje de carbono de perlita de 0.8 a 0.5%.

Grafito en FUNDICIÓN GRIS 80X

10



De acuerdo a la presencia de estos constituyentes en su microestructura, la fundición gris se pueden dividir en:



Eutectoide o Perlítica:

Contiene el carbono combinado necesario para formar perlita con todo el hierro existente. También se llama tenaz por sus buenas propiedades y es la estructura preferida por todos los fabricantes de piezas. Sus constituyentes estructurales son perlita y grafito. Posee, aproximadamente un 0.8 % de carbono. La resistencia a la tracción de las fundiciones perlíticas varía de 200 a 350 N/mm2 y su dureza de 180 a 250 HB, teniendo gran resistencia al desgaste

11

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA INDUSTRIAL 


H ipoeutectoide o Ferrítica:

Contiene menos carbono combinado que la anterior y sus constituyentes estructurales son ferrita y grafito.



H ipereutectoide:

Cuando el porcentaje de carbono es superior al de la eutectoide. A este grupo pertenecen las fundiciones atruchadas, con fractura más o menosblanca según el porcentaje de carbono combinado y con manchas grises. Sus constituyentes principales son perlita, grafito y cementita. Las fundiciones se mecanizan con facilidad y tienen una elevada colabilidad,

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INFLUENCIA DEL SILICIO EN LA FORMACION DE GRAFITO

Las leyes que rigen la formación de los constituyentes en las fundiciones grises, son algo diferentes de las que se estudian en el diagrama hierro-carbono correspondiente a los aceros. Las diferencias que existen entre éstas y aquellas son debidas principalmente a la presencia de silicio en cantidades bastantes elevadas, generalmente variables de 1 a 4%. El silicio se presenta normalmente en las fundiciones en forma de siliciuro de hierro disuelto en la ferrita o hierro alfa, no pudiendo observarse por lo tanto su presencia directamente por medio del examen microscópico.

Cuando se halla presente en pequeñas cantidades, variables de 0.1 a 0.6%, no ejerce influencia importante. En cambio, cuando el silicio se halla variable en porcentajes variables de 0,6 a 3.5%, ejerce indirectamente una acción muy destacada y contribuye a la formación de grafito, que modifica completamente el carácter y las propiedades de las aleaciones hierro ʹ carbono. En el siguiente ejemplo que se refiere a 2 piezas del mismo tamaño (25 mm de diámetro y 50 cm de longitud), se aprecia perfectamente su influencia. La composición de la primera pieza es la siguiente: C = 3%; Si = 0.50%; Mn = 0.45 %; P = 0.05 % y

S

= 0.070 %;

la segunda tiene la misma composición excepto en el contenido de silicio, que es 2.5% en lugar de 0.5%. Esa diferencia en el porcentaje de silicio que la microestructura y propiedades de las propiedades de las dos piezas sean completamente distintas. La primera es fundición blanca muy dura, frágil, tienen la fractura la blanca, encontrándose en ella todo el carbono en forma de cementita; la segunda es una fundición gris relativamente blanda tiene fractura grisácea y un gran porcentaje de carbono en forma de grafito.

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En la siguiente figura se puede ver el diagrama de Maurer, que fue uno de los primeros que señalaron de una forma clara la relación que hay entre los porcentajes de carbono y silicio y la clase de fundición que se obtiene en cada caso. Este diagrama que es muy sencillo y claro a sido a sido modificado y perfeccionado por otros investigadores, siendo en la actualidad el de Norbury uno de los más aceptados. Estos diagramas se refieren a un determinado espesor y una clase de molde y no se desatara en ellos la influencia de la velocidad de enfriamiento.

INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO EN LA FORMACION DE GRAFITO La velocidad de enfriamiento que depende del espesor de las piezas y de la clase de molde empleado, es otro factor que también ejerce una influencia decisiva en la formación en la calidad y microestructura de las fundiciones. rápidos fundiciones

Loa

tienden

enfriamientos a

blancas:

producir los

enfriamientos lentos favorecen a la formación de grafito y, por lo tanto, por tanto la formación de fundiciones grises. Esta influencia es tan marcada que con

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UNI

ERSIDAD NACI NAL DE TRUJILL INGENIERÍA INDUSTRIAL

INGENIERÍ A DE MATERIALES FUNDICI N GRIS

una misma composición al variarse la velocidad de enfriamiento se observan dif erentes calidades con distintas durezas y microestructuras. La velocidad de enfriamiento que suele variar principalmente con el espesor de las piezas, también se modifica con la naturaleza de los moldes.

Los peque os espesores se enfrían mucho más rápidamente que los grandes. Un molde metálico, enfría más rápidamente que un molde de arena. En los moldes metálicos el enfriamiento de la fundición más o menos rápido según sea el espesor del molde. En algunos casos para alcanzar las mayores velocidades de enfriamiento, los moldes metálicos son refrigerados en agua. Un ejemplo de la influencia de la velocidad de enfriamiento ejerce en la microestructura de las fundiciones, se puede observar los resultados obtenidos con un pieza en la que las zonas de muy dif erente espesor. Sus escalones son de 3, 6, 12 y 24 mm. La composición es la siguiente C = 3.25 % y Si = 1.75 %.

Utilizando el molde arena, se obtuvo escalones de 3 y 6 mm de espesor fundición blanca con una dureza de 365 Brinell, y en los escalones 12 y 24 mm de espesor se obtuvo fundición gris con dureza de 170 a 180 Brinell. En el escalón 12 mm hay una zona intermedia de transición atruchada con 240 a 350 Brinell de dureza. ENFRIA IENTO MODERADO: GRAFITO + PE RLITA

(FUNDICIÓN GRIS PERLITICA)

ENFRIAMIENTO MODERADAMENTE LENTO: GRAFITO

+ FERRITA + PERLITA (FUNDICIÓN GRIS)

ENFRIAMIENTO LENTO: GRAFITO

+ FERRITA (FUNDICIÓN GRIS FERRITICA)

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DIAGRAMA H IERRO-CARBONO ESTABLE Las transformaciones que se producen en los calentamientos y enfriamientos de las fundiciones grises deben de estudiarse con ayuda de un diagrama hierrocarbono un poco diferente del de los aceros (diagrama hierro-carbono metal estable), que se llama diagrama de hierro estable. Este diagrama señala los fenómenos y transformaciones estables correspondientes a las aleaciones hierro-carbono, además, se refiere en general a aleaciones de alto contenido en silicio (1 a 4% generalmente). Una

característica de este diagrama estable es que sus constituyentes son grafito y

hierro en lugar de cementita y hierro que son los constituyentes del diagrama metal estable.

Otra

circunstancia

importante

que

debe

cumplirse

para

que

las

transformaciones sean estudiadas en el diagrama estable es que la velocidad de enfriamiento de las aleaciones sea lenta.

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17

UNI



En la figura, junto al clásico diagrama metal estable, se se ala con líneas punteadas verdes el diagrama de hierro-carbono estable el cual hace ref erencia a las transformaciones que experimentan, en este caso, las fundiciones grises durante los procesos de calentamiento y enfriamiento, y también, a la micro estructura que se obtiene en cada caso. En la figura observa que las líneas de transformación del diagrama estable están desplazadas hacia arriba y hacia la izquierda.

Los contenidos en carbono de las aleaciones eutécticas y eutectoides del diagrama estable, varían con el contenido de silicio de las fundiciones y son inf eriores a los que corresponden al diagrama metal estable. En las transformaciones del diagramaestable, para una temperatura determinada, la austenita es capaz de disolver menor cantidad de carbono en comparación con la cantidad que disuelve cuando las transformaciones se hacen de acuerdo al diagrama metal estable.

Para poder analizar las transformaciones que sufre la fundición gris mediante el diagrama de hierro-carbono estable es necesario estudiarlo por partes: a)

Formación de Grafito:

La aparición de grafito en vez de cementita en las aleaciones hierro-carbono, es debida a la inestabilidad del carburo de hierro en determinadas circunstancias y condiciones que hacen imposible su existencia y favorece, en cambio, la formación del grafito.

Las principales circunstancias que favorecen la formación de grafito son: un elevado porcenta je de silicio y un enfriamiento relativamente lento. La máxima temperatura alcanzada por la aleación durante la fusión y la temperatura de colada, también influyen en la cantidad, tamaño y distribución de las láminas de grafito. En algunos casos el grafito se forma directamente, y en otros se forma al desdoblarse la cementita en grafito y hierro, según la siguiente reacción: ଷ

 ՞͵

൅

18

UNI



En los procesos de enfriamiento correspondientes al diagrama estable, la separación del grafito puede realizarse en zonas y a temperaturas parecidas a las de aparición de la cementita en el diagrama metal estable. En las aleaciones hipereutécticas se puede formar grafito durante la solidificación según la línea C͛D͛ (grafito primario) d escrita en la figura mostrada. Luego se puede formar grafito a la temperatura eutéctica, 1145º aproximadamente. A esta temperatura eutéctica, de acuerdo con el diagrama estable, se forma austenita saturada y grafito ( en proporciones eutécticas), en vez de formarse austenita saturada y cementita ( ledeburita), como ocurría en las aleaciones que se solidifican de acuerdo con el diagrama metal estable. Al continuar luego el enfriamiento, el grafito también se puede precipitar según la línea E͛ S͛ y, finalmente, a la temperatura eutectoide la austenita, de composición eutectoide, puede transformarse en f errita y grafito.

Es interesante señalar que, en general, en las fundiciones grises en el proceso de enfriamiento que sigue a la solidificación, se suele obtener primero grafito en la zona de temperaturas elevadas y superiores a 900º y luego se suele formar, en la mayoría de los casos, la cementita a ba ja temperatura, en una zona de transformaciones próxima a la que corresponde a la formación de perlita en el diagrama metal estable, aunque ligeramente elevada.

En general, el grafito se forma más fácilmente a temperaturas elevadas que a ba jas temperaturas, y en las fundiciones hiper-eutécticas se realiza más fácilmente la formación de grafito cuando parte de la aleación esta todavía fundida, que cuando toda ella se encuentra en estado sólido. Esto quiere decir que en las aleaciones hiper-eutécticas, el carbono se deposita más fácilmente en forma de grafito pro-eutéctico que en forma de grafito eutéctico. También es más fácil la formación del grafito eutéctico que la formación del grafito proeutectoide y, finalmente, el grafito proeutectoide se forma más fácilmente que el eutectoide.

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UNI



FORMA EN QUE A ARECE EL CARBONO INFLUENCIA DE

DIVERSOS FACTORES

Influencia máxima de los factores que favorecen la formación de grafito

En la zona

superior a la eutéctica

En la zona

eutéctica

En la zona un

poco superior a la eutectoide

Carbono pro-

Carbono

Carbono

eutéctico

eutéctico

proeutectoi de

Grafito

Grafito

Grafito

Grafito

Grafito

Grafito

Grafito

Grafito

Grafito

En la zona

CLASE

CLASE DE

eutectoide

DE LA

FUNDICIÓN

MATRIZ

OBTENIDA

Cementita Grafito

y

Perlítica Ferrita y

cementita

Perlita

Grafito

Ferrita

F und ón g P

a

F und ón g Co

n

F und ón g Ferrítica

F orma d e present arse el carbono en l os tipos d e f und ici ón gris y esquema y avance d e l a f ormaci ón d e gr a fit o en l os mismos teniendo en cuent a l a i n fl uenci a d e l os f act ores que f avorecen l a f ormaci ón d e gr a fit o

Es importante resaltar que en las fundiciones grises, las transformaciones se llevan a cabo en ambos diagramas. Las transformaciones que se verifican a elevada temperatura (superiores 900º), se suelen realizar de acuerdo con el diagrama estable (formación de grafito a elevadas temperaturas) y algunas de las transformaciones que se producen a ba ja temperatura, se suelen realizar de acuerdo con el diagrama metal estable (formación de cementita, generalmente eutectoide, a ba ja temperatura).

En la zona eutectoide cuando la influencia de los factores que favorecen la formación de grafito es muy importante y se emplea alto porcenta je de silicio, una velocidad muy lenta de enfriamiento y un mantenimiento muy prolongado a una temperatura ligeramente superior a la eutectoide, es posible conseguir que todo el carbono de la austenita se transforme en grafito depositándose grafito pro-eutectoide según la línea E͛ S͛ y que luego, además se transforme la austenita eutectoide en grafito-f errita. Cuando en una fundición gris las condiciones de composición y enfriamiento son favorablespara que en la zona eutectoidelas transformaciones comiencen a realizarse de acuerdo con el diagrama metal estable precisamente, cuando la austenita tiene aproximadamente el contenido en carbono correspondiente al punto S, la fundición

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UNI



será perlítica. Finalmente, cuando las condiciones del enfriamiento sean muy próximas a las de los que corresponden a las fundiciones f erríticas, se formara una matriz compuesta por gran cantidad de f errita y un pequeño porcenta je de perlita, y cuando las condiciones sean próximas a las que corresponden a la formación de una matriz perlítica, aparecerá gran cantidad de perlita y un porcenta je muy pequeño de f errita. AS Y ESPECIFIC ACIONES: PROPIED ADES MECÁNIC AS: PROPIED ADES MECÁNIC Microscópicamente, Todos los hierros grises contienen grafito en escamas dispersas en una matriz de hierro-Silicio. La cantidad de grafito está presente, la longitud de las escamas y la forma en que se distribuyen en la matriz de influencia directa de las propiedades del hierro. La fuerza básica y la dureza del hierro es proporcionada por la matriz metálica en la que el grafito se produce. Las propiedades de la matriz metálica puede ir desde los de un acero suave, ba ja emisión de carbono a los de acero templado, de alto carbono.. La matriz puede ser totalmente de f errita para maquinabilidad máximo, pero el hierro se ha reducido la resistencia al desgaste y fuerza. Una matriz enteramente perlítica es caracterí stico de los hierros de alta resistencia gris, piezas de fundición y muchos se producen con una microestructura de la matriz de f errita y perlita, tanto para obtener dureza intermedia y la fuerza. Adiciones de aleación y / o el tratamiento térmico se pueden utilizar para producir hierro gris con perlita muy fina o con una estructura de matriz acicular. El grafito tiene poca fuerza o dureza. Disminuye estas propiedades de la matriz metálica, sin embargo, la presencia del grafito proporciona varias caracterí sticas valiosas de hierro fundido. Estos incluyen: y

La capacidad de producir piezas fundidas económicamente viable en formas complejas, tales como bloques de motor refrigerado por agua.

y

Buena maquinabilidad, incluso en los niveles de desgaste dureza resistencia y sin relieves.

y

Estabilidad dimensional ba jo calentamiento dif erencial, como en los tambores de freno y discos.

y

Amortiguación

de vibraciones de alta como en los casos de transmisión de energía.

y

La retención de lubricación límite, como en cilindros de motor de combustión interna.

y

Alta Resistencia

a Compresión

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UNI



y

Alta Resistencia

a la Fatiga Térmica

y

Amortiguamiento contra

y

Debido al estilo de Presencia de grafito, Tienen Una elevada resistividad Eléctrica.

la Vibración.

Los hierros grises se definen mediante un número de clasificación del 20 al 80. Las ho juelas de grafito concentran esfuerzos y causan ba ja resistencia y ductubilidad, pero la fundición de hierro gris tiene varias propiedades atractivas, como por ejemplo: una elevada resistencia a la compresión, una buena maquinabilidad, buena resistencia al desgaste por deslizamiento o fricción, buena resistencia a la fatiga térmica, buena conductividad térmica y una buena capacidad de amortiguamiento contra la vibración. Al

solidificarse en un molde de arena seca, precipita parte del carbono en grafito. Son

blandas, se mecanizan fácilmente con herramientas de corte, y aunque frágiles, no lo son tanto como las fundiciones blancas.

El grafito suele aparecer como escamas dentro de una matriz de f errita o perlita. El nombre se debe al color de una superficie fracturada. Desde un punto de vista mecánico las fundiciones grises son comparativamente frágiles y poco resistentes a la tracción. La resistencia y la ductilidad a los esfuerzos de compresión son muy superiores. Estas fundiciones amortiguan la energía vibración al de forma mucho más ef ectiva que los aceros. equipos que vibran mucho se suelen construir de esta aleación.

A

Así

los

la temperatura de colada

tienen mucha fluidez por lo que permite moldear piezas de forma muy complicadas. Además, Se

utiliza en bloque de motores, tambores de freno, cilindros y pistones de motores. Las dif erencias entre los tipos generales de fundición más utilizados surgen principalmente

de la forma que asume el grafito en el hierro terminado. De hierro gris. De los tipos generales de hierro fundido, hierro gris es de lejos el más utilizado. El término "hierro gris" fue. En este punto, queremos destacar el hecho de que el hierro gris es un término muy amplio. Todos los hierros grises contienen grafito en forma de copos. Esto hace que el hierro gris sea fácilmente mecanizable. Todos los hierros grises casi no tienen ductilidad, una vez más debido a la forma de la escama del grafito, lo que hace que el metal sea fácil de romper antes de que cualquier cantidad apreciable de alargamiento se haya producido. Sin embargo, no todos los hierros grises son igualmente fuertes, o con problemas por igual. Al igual que en el acero, resistencia a la tracción y la dureza están estrechamente relacionados. Entre hierros grises, gamas de

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resistencia a la tracción de alrededor de 14 MPa (20.000 psi) a más de 35 MPa (50.000 psi). La dureza de los más fuertes grados es el doble de los más débiles grados. Todos los hierros grises tienen alta resistencia a la compresión - tres a cuatro veces su resistencia a la tracción. Si bien todos los palos de hierro fundido gris contienen carbono libre (grafito) en forma de escamas, también contienen carbono combinado (carburo de hierro) en casi todos los casos. Este carbono combinado a menudo está presente en los granos de perlita, como los encontrados en la mayoría de los aceros de carbono. También se puede encontrar como cementita o martensita. La composición de la fundición, la velocidad a la que se enfrió después de la fundición y el tratamiento de calor después de la fundición tienen una influencia sobre la estructura. Pequeñas cantidades de elementos de aleación se utilizan con la mayor firmeza los hierros grises, sino que tienden a prevenir la formación de perlita. Mientras que la dureza y resistencia del acero casi siempre aumentan a medida que aumenta el contenido de carbono, en el caso de fundición gris más fuerte, los grados más difíciles tienen menos de carbono que algunos de los de menor concentración, los grados menos costosos. El Hierro gris es por lo general se funde en moldes de arena, y se deja enfriar en el molde normalmente. El tratamiento térmico después de la fundición no es siempre necesario, pero se emplea con frecuencia, ya sea para aumentar o disminuir la dureza. Casi toda la carrocería y bloques de motor son piezas de fundición de hierro gris. Cada vez que la industria desea una forma compleja que puede ser según las tolerancias, y serán resistentes a la abrasión, el hierro gris se cuenta.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERÍA INDUSTRIAL H OJA DE ESPECIFICACION ASTM A48


CLASE 40

Información obtenida de ACERO SUECO PALME:

ANÁLISIS QUÍMICO (Típico % C

Si

Mn

S

P

2.55-3.66%

1.70-2.90%

0.65-0.75%

0.063% máx

0.10 máx

APLICACIONES TÍPICAS POR INDUSTRIA MAQUINARIA: Casquillos, engranes, chavetas, poleas, bancadas, mandriles

TRAN SPORTACION:

Forros, pistones, rodillos, rotores, sellos.

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FÁBRICAS DEL ACERO: Rodillos guía, rodillos de leva, rodillos de rodaja.

CARACTERISTICAS Es un hierro gris perlítico que contiene grafito del tipo "A".Las barras de hierro gris fabricadas bajo esta especificación, tienen una optima resistencia, menor desgaste y grán dureza, frente a otros grados de hierro gris. Este material se diseño para aplicaciones donde se requiere alta resistencia al desgaste y excelente respuesta al tratamiento térmico. Esta especificación es parecida al A STM-A48 clase 40

DUREZA BRINELL DIÁMETRO

MÍ NIMO

MÀXIMO

1/2" - 3/4"

229

301

3/4" - 1 1/2"

207

285

1 1/2" - 2"

207

277

2" - 3"

207

269

3" - 6"

197

269

- 10"

183

269

10" - 20"

183

269

6"

27

UNI



Propiedad en aceros con diámetro de 1 ½͞ a 12 ͚͛ PROPIEDADES

Límite elástico

40,000 psi

Límite de compresión

150,000 psi

Limite de fuerza transversal

4,000 psi

Deflección en pulg.

0.25 - 0.34

Dureza brinell

183 / 285

Microestructura

Perlítica Puede ser endurecido al aceite, desde 1575ºF, para

Tratamiento en caliente

obtener un mínimo de dureza superficial de 50 Rockwell

Maquinabilidad Especificación ASTM

C

Muy buena A

48 ( Clase 40 )

T R AT S TÉ RMICOS DE LAS FUNDICIONES GRISES: AMIEN TO 

Recocido para eliminar las tensiones internas en piezas moldeadas de forma

complicada de fundición gris: Se

calienta lentamente (75 - 100 /h) hasta los 500 -550 C, permanecía a esta

temperatura durante unas 2-5 horas y luego enfriamiento lento dentro del horno (50 -60 /h) hasta los 200 C. Este tipo de recocido se sustituye por permanencia larga de aire (hasta un año) de las piezas moldeadas colocadas en el almacén, proceso que suele denominar envejecimiento natural. Pero en este caso las tensiones se eliminan solo parcialmente (20-30%). 

Recocido para reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad de las fundiciones

grises: Se

realiza calentándolas hasta 850-900 C durante1-2 horas, lo cual origina la

grafitación de la cementita libre según la fórmula Fe3C=3Fe+C.

28

UNI

ERSIDAD NACI NAL DE TRUJILL INGENIERÍA INDUSTRIAL 


Normalizado de las fundiciones grises: Se

realiza calentándolas hasta 850 - 870 C para elevar el contenido de carbono

ligado, a expensas de la disolución de una parte de carbono libre en la austenitay por el enfriamiento del aire para lograr la estructura de sorbita. 

Temple de las piezas de fundición gris:

Para obtener la estructura de martensita, trostita y sorbita, el temple se realiza del mismo modo que en los aceros; la temperatura de calentamiento para el temple oscila de 820 a 900 C. 

Revenido después del temple: Con ba ja temperatura a 180 - 250 C para eliminar

las tensiones; con alta temperatura a 500 - 600 C para conseguir la sorbita de revenido.

29

62235310 Fundicion Gris

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