FUNDICIÓN: Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troq troque uell de acer acero) o),, la forj forja a (pro (proce ceso so de defo deform rmac ació ión n en el cual cual se compr comprim ime e el materi material al de traba trabajo jo entre entre dos dos dados dados usand usando o impact impacto o o presión para formar la parte), la extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso de deformación en el cual el espe espeso sorr del del mate materi rial al de trab trabaj ajo o se redu reduce ce medi median ante te fuer fuerza zas s de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos).
USOS Y APLICACIONES DE LA FUNDICION La fundición es , por lo tanto , una industria fundamental para la construcción de máquinas y exige una amplia cultura profesional en el que se dedica a ella , pues requiere requiere conocimientos técnicos tan diversos como son el dibujo industrial , la mecánica de los cuerpos sólidos y fluidos , la óptica , la termología , la electrotecnia , la química etc. , mucha experiencia en los recursos prácticos a los que a menudo hay que recurrir , así como capacidad especial para idear y aprovechar aprovechar tales recursos .
La fundición además de una industria es también un arte : el moldeador , sin más ayuda que la de un modelo y algunas herramientas rudimentarias , puede producir piezas muy complejas realizando un trabajo que puede llamarse de escultor .Para terminar la pieza hace falta como en todos los demás procedimientos industriales , someter las materia primas ( que en este caso es el metal en bruto fundido en lingotes y la chatarra ) y las materias auxiliares (esto es , el combustible , las arenas , los aglutinantes etc.) A una serie de ordenadas de operaciones sucesivas que constituyen el llamado diagrama de trabajo , que para le industria de laque tratemos puede ser reducido al siguiente esquema.
FUNDICION GRIS: La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.
Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.
Microestructura del hierro gris ( ferrita y perlita) El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.
Clase 20 30 40 50 60
Resistencia a la tracción-psi 24000 34000 44000 54000 64000
Dureza brinell
Estructura
130-180 170-210 210-260 240-280 260-300
F,P F,P,G P,G P,G B,G
Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM A48-41. F: ferrita; P: perlita; G: grafito; B: bainita
FUNDICIÓN MALEABLE
La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono, constituye la base de la fabricación de la fundición maleable. La reacción de descomposición se ve favorecida por las altas temperaturas, por la presencia de impurezas sólidas no metálicas, por contenidos de carbono más elevados y por la existencia de elementos que ayudan a la descomposición del Fe 3C. La maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que en forma combinada contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares de carbono de revenido (grafito) y en ferrita. Industrialmente este proceso se realiza en dos etapas conocidas como primera y segunda fases de recocido. En la primera fase del recocido, la fundición blanca se calienta lentamente a una temperatura comprendida entre 840 y 980ºC. Durante el calentamiento, la perlita se transforma en austenita al alcanzar la línea crítica inferior y, a medida que aumenta la temperatura, la austenita formada disuelve algo más de cementita. La segunda fase del recocido consiste en un enfriamiento muy lento al atravesar la zona crítica en que tiene lugar la reacción eutectoide. Esto permite a la austenita descomponerse en las fases estables de ferrita y grafito. Una vez realizada la grafitización, la estructura no sufre ninguna nueva modificación durante el enfriamiento a temperatura ambiente, quedando constituida por nódulos de carbono de revenido (rosetas) en una matriz ferrítica (Fig. 1 y 2). Este tipo de fundición se denomina normal o ferrítica (Fig. 2). Bajo la forma de rosetas, el carbono revenido no rompe la continuidad de la matriz ferrítica tenaz, lo que da lugar a un aumento de la resistencia y de la ductilidad.
Fig.1, x100 pulida
Fig.2, x100
Si durante el temple al aire se consigue que el enfriamiento a través de la región eutectoide se realice con la suficiente rapidez, la matriz presentará una estructura totalmente perlítica. Fig.3 x50
Fig.4 x200
Si el enfriamiento en la región eutectoide no se realiza a la velocidad necesaria para que todo el carbono quede en forma combinada, las zonas que rodean los nódulos de carbono de revenido estarán totalmente grafitizadas mientras que las más
distantes
presentarán una estructura totalmente perlítica, debido al aspecto que presenta estas estructuras al microscopio, se conocen como estructura de
ojo
de
buey
(Fig.
3
y
4).
Este tipo de fundición también puede obtenerse a partir de la fundición maleable ferrítica mediante un calentamiento de esta última por encima de la temperatura crítica inferior, seguido de un enfriamiento rápido.
FUNDICIÓN DUCTIL Al encontrarse el carbono en forma esferoidal, la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar; esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de fusión sin necesidad de tratamiento térmico posterior. Además los nódulos (fig. 1) presentan una forma más esférica que los aglomerados de grafito, más o menos irregulares, que aparecen en la fundición maleable. El contenido total en carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación, debido a la presencia de pequeñas cantidades de alguno elemento de aleación formadores de nódulos, normalmente magnesio y cerio, los cuales se adicionan al caldero inmediatamente antes de pasar el metal a los moldes. La cantidad de ferrita presente en la matriz en bruto de colada depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento. Las fundiciones ferríticas (fig. 2) son las que proporcionan la máxima ductilidad, tenacidad y maquinabilidad.
Estas fundiciones, bien en bruto de fundición o tras haber sufrido un normalizado, pueden presentar también una matriz constituida en gran parte por perlita (fig. 3 y 4). Fig.3, x100
Fig.4, x400
FUNDICIÓN BLANCA Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono. La figura 1 muestra la microestructura típica de las fundiciones blancas, la cual está formada por dendritas de austenita transformada (perlita), en una matriz blanca de cementita. Observando la misma figura con más aumentos, vemos que las áreas oscuras son perlita (fig. 2).
Fig.1, x100
Fig.2, x400
Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y resistencia al desgaste, siendo sumamente quebradiza y difícil de mecanizar. Esta fragilidad y falta de maquinabilidad limita la utilización industrial de las fundiciones " totalmente blancas ", quedando reducido su empleo a aquellos casos en que no se quiera ductilidad como en las camisas interiores de las hormigoneras, molinos de bolas, algunos tipos de estampas de estirar y en las boquillas de extrusión. También se utiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricación de fundición maleable.
CUBILOTE (HORNO) Este es un tipo de horno cilíndrico vertical de aproximadamente 6 metros de alto, el cual lleva los metales en el colocados, hasta el estado líquido y permite su colado, puede ser utilizado para la fabricación de casi todas las aleaciones de Hierro, tiene ventilación forzada por toberas ubicadas en la parte inferior del mismo. El material se distribuye en forma de capas de aproximadamente 30 o 40 cm en su interior, alternado con carbón el cual permite que el proceso sea continuo.
Este tipo de horno esta recubierto de material refractario en su interior, el cual debe ser inspeccionado antes de cada carga ya que debido a la temperatura que se evidencia en su interior ( aprox. 1500 C) podría perforar la estructura tubular y caer sobre los operarios que se encuentran realizando el proceso de colado en la base del horno. Este material refractario esta usualmente constituido por ladrillos refractario que como tales tiene caras lisas, y son muy resistentes a la temperatura y la abrasión, su precio suele ser superior a 10 veces el del ladrillo convencional, se los suele clasificar según su composición en 4 grandes grupos; Los ácidos aquellos que contiene arcilla, sílice y sulfato de aluminio, suelen ser más baratos que el resto y mientras más sílice son más resistentes al metal. La segunda clasificación la hace aquellos denominados como Básicos constituidos por Oxido de Manganeso son más resistentes que los anteriores, pero más costosos, tenemos también los neutros que son elaborados por elementos neutros como la magnesia. Y aquellos denominados especiales constituidos por carburos y circonio útiles por su capacidad de lubricación, eventualmente se colocan elementos cerámicos en todas estas mezclas con el objetivo de mejorar aún más la resistencia mecánica y térmica del conjunto. Es usual que el colado se realice en moldes de arena en la base del mismo, el proceso comienza con la elaboración del modelo que es la pieza que se desea reproducir, usualmente es hecha en madera o yeso, pero cuando la producción es en masa se la maquina en metales “blandos “como el aluminio, es evidente que debe ser ligeramente más grande que la pieza que se desea fabricar ya que existe contracciones del metal cuando se enfría, son necesarias las previsiones para evacuación de gases, usualmente conocidos como venteos.
Luego se procede a la fabricación de la matriz de arena o molde la cual se comienza compactando la arena alrededor del modelo, cuando se requiere fabricar una pieza que es hueca se debe provisionar un “macho” que es un elemento sólido colocado en la matriz para que allí no ingrese el metal fundido, es importante anotar que siempre se esta trabajando se lo hace en negativo, es decir donde no se requiere metal se coloca el macho y donde si se lo requiere se lo coloca el modelo que evidentemente deberá ser extraído previo al colado, es usual también que se coloquen modelos de cera , la cual se derrite conforme ingresa el metal ocupando su lugar para ulteriormente enfriarse.
MINERAL DE HIERRO: SIDERITA: La Siderita es el carbonato de hierro, romboedrico, un mineral de importancia económica para la extra tracción de hierro. Tiene brillo vítreo. Su tenacidad es frágil. Sus cristales a menudo doblados en forma de silla de montar; raramente escalenoédricos, a menudo agregados amorfos. Se presenta en pegmatitas y cavidades de burbujas de rocas
volcánicas, como ganga en yacimientos hidrotermales, en bastones y agregados lenticulares en calizas metasomáticamente modificadas, como concreciones o en yacimientos en sedimentos, en turbas. Su origen es hidrotermal en yacimientos entre media y baja temperatura, sedimentario.
Magnetita La magnetita es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe 3O4 ) que debe su nombre de la ciudad griega de Magnesia.
Su
fuerte
magnetismo
se
debe
a
un
fenómeno
de
ferrimagnetismo : los momentos magnéticos de los distintos cationes de hierro
del
sistema
se
encuentran
fuertemente
acoplados,
por
interacciones antiferromagnéticas , pero de forma que en cada celda unidad resulta un momento magnético no compensado. La suma de estos momentos magnéticos no compensados, fuertemente acoplados entre sí, es la responsable de que la magnetita sea un imán.
MINERAL DE HIERRO El mineral de hierro se extrae de minas. A pesar de la abundancia de mineral de hierro en la naturaleza, solo se aprovechan dos tipos en la industria: los óxidos y el carbonato. Normalmente, el mineral, no se encuentra en estado puro, sino combinado con otros elementos químicos. De este modo se requieren una serie de procesos para la separación de la ganga (parte despreciable) y mena (parte útil). El primer tratamiento al que se debe someter el mineral de hierro, una vez extraído, consiste en una trituración y molienda con el fin de adoptar un tamaño que permita una mejor selección. Posteriormente se realiza la separación de la ganga mediante magnetismo, flotación, tamizado, etc. Finalmente una vez separada la mena se procederá a su
clasificación, siendo el método mas empleado el que la clasifica por su aspecto. (Tabla 1) Por ultimo se procede al lavado y se aglomera la mena en pelets, nódulos, sinters o briquetas, con el fin de mejorar su manipulación.
CARBÓN DE COQUE La misión del carbón de coque es: · Producir, por combustión, el calor necesario para las reacciones
químicas de reducción (eliminación del oxigeno) así como fundir la mena dentro del horno alto · Soportar las cargas (mezcla de carbón de coque, fundente y mineral de
hierro) dentro del alto horno. · Producir un gas reductor (CO) que transforme los óxidos en arrabio. · Dar permeabilidad a la carga del alto horno y facilitar el paso del gas.
El coque de los altos hornos debe de tener una dimensión de ocho a doce centímetros, con un contenido de cenizas 9,8% al 10,2% y del 0,9% a 1,2% de azufre.
FUNDENTES Pese a que el mineral de hierro ya ha sufrido un tratamiento preliminar en el que se he reducido la ganga existente, siempre quedan impurezas unidas al mineral que es preciso eliminar. Estas impurezas van a reaccionar químicamente con el fundente y formar la escoria, que flotara sobre el metal fundido.
La función principal del fundente, formado por piedra caliza, es la siguiente: · Bajar el punto de fusión de la ganga haciendo que la escoria se
mantenga liquida. · Reaccionar químicamente con las impurezas (ganga) que contiene la
mena, en el momento en que se encuentre en estado liquido dentro del alto horno, arrastrándolas hacia la parte superior, y formando lo que se denomina escoria.
INTRODUCCIÓN La fundición es el proceso de producción de un objeto metal por vaciado de un metal fundido dentro de un molde y que luego es enfriado y solidificado. Desde tiempos antiguos el hombre a producido objetos de metal fundido para propósitos artísticos o prácticos. Con el crecimiento de la sociedad industrial, la necesidad de fundición de metales ha sido muy importante. El metal fundido es un componente importante de la mayoría de maquinarias modernas, vehículos de transporte, utensilios de cocina, materiales de construcción, y objetos artísticos y de entretenimiento.
También
está
presente
en
otras
aplicaciones
industriales tales como herramientas de trabajo, maquinarias de manufactura,
equipos
de
transporte,
materiales
eléctricos
y
electrónicos, objetos de aviación, etc. La mejor razón de su uso es que puede ser producida económicamente en cualquier forma y tamaño. El tipo más común de molde de fundición es hecho de arena y arcilla, en donde el diseño forma una cavidad en la cual se vaciará el material fundido. Los moldes deben ser fuertes, resistentes a la presión del metal derretido, y suficientemente permeable para permitir el escape de aire y otros gases desde la cavidad de los moldes. El material del molde también debe resistir la fusión con el metal.
CONCLUSIÓN La importancia de la producción por fundición radica en el hecho de que no existe un solo sector de la construcción de máquinas y equipos que no involucre piezas fundidas. Así por ejemplo, el 70% d e piezas en el sector de la construcción de equipos y el 60% en maquinaria pesada son conformadas por fundición. Además, este método nos permite obtener piezas de formas complicadas con una masa que va desde las decenas de gramos hasta centenares de toneladas
BIBLIOGRAFÍA
Tecnología de la fundición
Edoardo Capello
Editorial Gustavo Gili S.A.
