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Índice Introducción……………………………………………………… ……….…..…. 1 Objetivos………………………………………………………… ……….…....…...1 Marco teórico……………………………………………………………… ...…... 1 •
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Fundición en metalurgia……………………………………….….… 1 Proceso de la fundición …………………………………. ……….…. 2
Contenido rincial …………………………………………………….…..….. ! •
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In"uencia de los elementos tos aleantes en las fundiciones...... # $fecto ctos de los elem lementos tos de alea leación ción en las fundiciones... # Clasi%cación de las fundiciones aleadas………………………… & Fundiciones de baja ' media aleación…………………………… & Fundiciones de alta resistencia a la tracción………………….. ( Fundiciones martens)ticas resistentes al desgaste…………. (
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Fundiciones resistentes al calor con 1* de cromo…………. + Fundiciones de alta dure,a con 1 a #* de cromo…………… + Fundiciones aleadas al cromo………………………………………. + Fundiciones aleadas con aluminio……………………………… 10
Conclusiones……………………………………………………… ………..…..... 10 -ibliograf)a……………………………………………………… ……………..….. 11
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS ALEANTES EN LAS FUNDICIONES
1. INTRODUCCIÓN: $l resente tema de investigación abarcara los estudios sobre la in"uencia de los elementos aleantes en las fundiciones se e/licara las variaciones ue se resentan en los metales al ser in"uenciadas or diferentes elementos aleantes dicos cambios variaran de acuerdo al metal ue se est trabajando ' al aleante agregado a este se veri%cara el aumento en su dure,a la variación en cuanto a la maleabilidad ductibilidad del metal al ser aleado etc.
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2. OBJETIVOS:
3eri%car los cambios ue se roducen en las roiedades de los metales al ser in"uenciados con elementos aleantes en el roceso de fundición.
$seci%car el uso de cada aleante ' las variaciones ue roduce en los diferentes metales a trabajar.
3. MARCO TEORICO: FUNDICIÓN EN METALURGIA
4a Fundición es una forma de metalurgia e/tractiva. $l roceso de fundición imlica calentar ' reducir la mena mineral ara obtener un metal uro ' seararlo de la ganga ' otros osibles elementos. 5eneralmente se usa como agente reductor una fuente de carbono como el coue el carbón o el carbón vegetal en el asado. $l carbono 6o el monó/ido de carbono generado a artir de l7 saca el o/)geno de la mena de los ó/idos 6o el a,ufre carbonato etc... en los dem8s minerales7 dejando el metal en su forma elemental. Para ello el carbono se o/ida en dos etaas rimero roducindose monó/ido de carbono ' desus dió/ido de carbono. Como la ma'or)a de las menas tienen imure,as con frecuencia es necesario el uso de un fundente o castina como la cali,a ara a'udar a eliminar la ganga acoma9ante en forma de escoria. :ambin se denomina fundición al roceso de fabricar objetos con metales fundidos mediante moldes ue suele ser la etaa siguiente a la fundición e/tractiva ue es de la ue trata este art)culo. 4as lantas ara la reducción electrol)tica del aluminio generalmente tambin se denominan fundiciones aunue se basan en un roceso f)sico comletamente diferente. $n ellas no se funde el ó/ido de aluminio sino ue se disuelve en "uoruro de aluminio ara roducir la electrólisis de la mena. ;ormalmente se utili,an electrodos de carbono ero en las lantas de dise9o m8s moderno se usan electrodos ue no se consuman. $l roducto %nal es aluminio fundido.
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PROCESO DE LA FUNDICION
4a fundición es un roceso ue imlica m8s ue la simle fusión del metal ara e/traerlo de la mena. 4a ma'or)a de las menas minerales son comuestos en los ue el metal est8 combinado con el o/)geno 6en los ó/idos7 el a,ufre 6en los sulfuros7 o el carbono ' el o/)geno 6en los carbonatos7 entre otros. Para obtener el metal en su forma elemental se debe roducir una reacción u)mica de reducción ue descomonga estos comuestos. Por ello en la fundición se reuiere el uso de sustancias reductoras ue al reaccionar con los elementos met8licos o/idados los transformen en sus formas met8licas.
C!cinción 4a calcinación es el roceso de calentar el mineral asta altas temeraturas ara disiar su materia vol8til. $n el caso de los carbonatos ' sulfatos este roceso sirve ara eliminar el a,ufre ' el carbono no deseados transform8ndolos en ó/idos ue ueden reducirse directamente. Por ello la calcinación en estos casos se ace en ambientes o/idantes.
4a malauita una mena corriente del cobre es rincialmente carbonato de cobre 6CuCO#7. $ste mineral se descomone trmicamente a CuO ' CO 2 en varias etaas entre los 2>0?C ' #>0?C. $l dió/ido de carbono se libera en la atmósfera dejando el ó/ido de cobre ue se uede reducir como se describe en la siguiente sección.
4a galena el mineral m8s com@n del lomo se comone rincialmente de sulfuro de lomo 6PbA7. $l sulfuro se o/ida a sul%to 6PbAO#7 en su rimera etaa de descomosición trmica ue origina o/ido de lomo ' an)drido sulfuroso gas 6PbO ' AO27. $l dió/ido de a,ufre 6como el dió/ido de carbono en el ejemlo anterior7 se disia en la atmósfera ' el ó/ido de lomo se reduce incluso en una combustión abierta al aire.
Reducción
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4a reducción es la etaa %nal a altas temeraturas de la fundición. <u) es cuando el ó/ido se convierte en metal elemental. $l ambiente reductor 6generalmente roorcionado or el monó/ido de carbono ue se roduce or la combustión incomleta del carbono en el interior del orno oco ventilado7 saca a los 8tomos de o/)geno del mineral uro. 4as temeraturas necesarias var)an en un amlio rango tanto en la comaración entre los distintos metales como en la relación con el unto de fusión del roio metal. Por ejemlo=
$l ó/ido de ierro se convierte en ierro met8lico alrededor de los 12>0?C casi #00 grados or debajo del unto de fusión del ierro ue es de 1>#+?CB
$l ó/ido de mercurio se convierte en vaor de mercurio cerca de los >>0?C casi &00 grados or encima de su unto de fusión de #+?C.
$n el caso de la fundición del ierro el coue como combustible ara calentar el orno adem8s libera monó/ido de carbono ue se combina con los ierro del mineral ' los reduce a ierro met8lico ecuación=
uemado al arder ó/idos de seg@n la
Fe2O# D #CO E 2Fe D #CO 2 $n el caso de la fundición del cobre el roducto intermedio roducido en la calcinación se reduce seg@n la reacción=
CuO D CO E Cu D CO 2 $n ambos casos el gas de dió/ido de carbono se disia en la atmósfera dejando el metal libre.
Funden"e#
$n el roceso de fundición se usan los fundentes con varios roósitos los rinciales son catali,ar las reacciones deseadas o ue se unan u)micamente a las imure,as o roductos de reacción no deseados ara facilitar su eliminación. $l ó/ido de calcio en forma de cali,a se usa a menudo con este roósito 'a ue uede reaccionar con el dió/ido de carbono ' el dió/ido de
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a,ufre roducido durante la calcinación ' mantenindolos fuera del ambiente de reacción.
la
reducción
4os fundentes ' la escoria ueden roorcionar un servicio secundario adicional desus de ue se a'a comletado la etaa de reducción recubrir con una caa fundida el metal uri%cado ara evitar ue entre en contacto con el o/)geno ue al estar todav)a tan caliente se o/idar)a r8idamente. $n la fundición del ierro se emlea la cali,a al cargar el orno como fuente adicional de monó/ido de carbono ' como sustancia fundente. $ste material se combina con la s)lice resente en el mineral 6ue no se funde a las temeraturas del orno7 ara formar silicato de calcio de ma'or unto de fusión. Ain la cali,a se formar)a silicato de ierro con lo ue se erder)a ierro met8lico. $l silicato de calcio ' otras imure,as forman una escoria ue "ota sobre el metal fundido en la arte inferior del orno. FUNDICIONES ALEADAS
Contiene uno o mas elementos de aleación en cantidades su%cientes ara mejorar las roiedades f)sicas o mec8nicas de las fundiciones ordinarias 4os elementos de aleación se adicionan a las fundiciones ordinarias ara comunicarles alguna roiedad esecial tal como= Gesistencia a la corrosión Gesistencia al desgaste Gesistencia al calor Mejor deseme9o de sus roiedades mec8nicas 4a ma'or)a de los elementos de aleación adicionados a las fundiciones aceleran o retardan la gra%ti,ación ' esta es una de las rinciales ra,ones de su emleo. 4os elementos de aleación m8s utili,ados son el cromo cobre molibdeno n)uel ' vanadio.
$. CONTENIDO %RINCI%A&
INF&UENCIA DE &OS E&EMENTOS A&EANTES EN &AS FUNDICIONES 4as fundiciones aleadas son auellas ue contienen ;i Cr Mo Cu etc. en orcentajes su%cientes ara mejorar las roiedades
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mec8nicas de las fundiciones ordinarias o ara comunicarles alguna otra roiedad esecial como alta resistencia al desgaste alta resistencia a la corrosión a1 calor etc.
EFECTOS DE &OS E&EMENTOS DE A&EACIÓN EN &AS FUNDICIONES. 4os elementos de aleación modi%can la microestructura de las fundiciones ' con ello su dure,a ' resistencia estando en ocasiones estos cambios in"uenciados adem8s or una variación de la temlabilidad. 4os elementos de aleación modi%can tambin como en los aceros la situación de los untos cr)ticos ' adem8s ejercen una acción mu' imortante ' comleja de la gra%ti,ación. $n la tabla I se se9ala la in"uencia ue los diversos elementos aleados ejercen sobre la formación del gra%to ' de los carburos ' sobre las caracter)sticas de la matri, ' en la tabla II se se9ala la in"uencia ue tienen sobre los untos cr)ticos. Ciertos elementos como el Ailicio aluminio n)uel ' cobre ue se disuelven en la ferrita la endurecen ' la acen aumentar su resistencia Aon elementos ue favorecen la gra%ti,ación. Otros elementos como el cromo manganeso ' molibdeno son formadores de carburos son elementos ue tienden a formar fundición blanca en ve, de gris ' di%cultan la gra%ti,ación.
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TAB&A I
TAB&A II
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C&ASIFICACION DE &AS FUNDICIONES A&EADAS. He una forma general se ueden clasi%car las fundiciones aleadas en dos gruos= 1. Fundiciones de baja ' media aleación ue se caracteri,an or tener eue9as cantidades de ;i Cr Mo ' Cu generalmente en orcentajes inferiores a >*. $n general son fundiciones de alta resistencia a la tracción de 2> a >0gJmm2 mu' suerior a la de las fundiciones ordinarias. Auelen ser de estructura erlitica sorb)tica bain)tica ' martens)tica. :ambin ertenecen a este gruo de fundiciones de baja aleación las fundiciones con 1 a 2* de cromo resistente al calor ' las fundiciones martens)ticas mu' resistentes al desgaste. 2. $n esta familia se suelen agruar las fundiciones mu' resistentes al desgaste al calor ' a la corrosión ' cu'a micro estructura suele ser austen)tica o ferri)tica.
FUNDICIONES DE BAJA ' MEDIA A&EACION. $stas fundiciones suelen contener cantidades de n)uel cromo molibdeno ' cobre en orcentajes generalmente inferiores al 1.>*. $n estas fundiciones de gran resistencia es frecuente ue los elementos aleados estn en la roorción de una arte de cromo ' dos o tres artes de n)uel. $l cobre ' el molibdeno en general suelen encontrarse en cantidades relativamente eue9as emle8ndose estos elementos unas veces solos ' otras con n)uel o cromo o con ambos a la ve,. $n ocasiones muco menos frecuentes estas fundiciones contienen tambin eue9as cantidades de titanio ' vanadio ue son a9adidos rincialmente ara conseguir disminuir el tama9o de las l8minas de gra%to o ara a%narar la matri, ' ara mejorar tambin la resistencia al desgaste.
FUNDICIONES DE A&TA RESISTENCIA A &A TRACCIÓN. $n este gruo se inclu'en una gran variedad de fundiciones de comosiciones mu' diversas ' resistencia a la tracción variables de 2> a >0 gJmm2 .< este gruo ertenecen ciertas fundiciones al n)uel fundiciones al cromo al cromon)uel al cobre etc. $n estas fundiciones una de las ventajas m8s imortantes del emleo de los elementos de aleación es ue con ellos se evita la
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formación de grandes l8minas de gra%to ' se aumenta la resistencia de la matri,. :ambin es imortante se9alar ue la resencia de esos elementos reduce la suscetibilidad de las fundiciones a las variaciones de sección. $s decir se consiguen ue las roiedades sean m8s constantes en ie,as de diferentes esesores.
FUNDICIONES MARTENSÍTICAS RESISTENTES A& DES(ASTE. Para la fabricación de ie,as ue deban tener gran resistencia al desgaste o ue e/ijan mu' altas dure,as o deban sufrir grandes resiones se emlean fundiciones martens)ticas al n)uel ' al manganeso. 4as fundiciones martens)ticas m8s utili,adas son las blancas. Ain embargo tambin se fabricaban fundiciones martens)ticas ue son de usos m8s restringidos.
Fundici)ne# *+"en#,"ic# -!nc# ! n,ue!: $stas fundiciones suelen contener !.>* de n)uel 2* de cromo ' bajo silicio 0.>0* alcan,8ndose con ellas dure,as variables de >00 a (00 -rinell. $n
Fundici)ne# *+"en#,"ic# /+i#e#:
$stas fundiciones un bruto de colada estructura martens)tica or simle enfriamiento en arena. Auelen conocerse a veces con la denominación de fundiciones autotemlables or la elevada dure,a !00 a !>L -rinell ue aduieren directamente de la colada sin ning@n tratamiento. ;o ueden ser mecani,adas con erramientas ordinarias.
FUNDICIONES RESISTENTES A& CA&OR CON 10 DE CROMO. na de las di%cultades del emleo de las fundiciones ordinarias ara ciertos usos es el incamiento ue e/erimentan cuando sufren calentamiento a temeraturas sueriores a !>00.
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Para mu' elevadas temeraturas de servicio ' en ocasiones en ue no imorta muco el recio se emlean fundiciones austen)ticas con 1> o 20* de n)uel. Pero cuando el calentamiento del material no asa de los (00 ?C ' no se ueden emlear materiales caros se ueden usar las fundiciones aleadas con eue9os orcentajes de cromo ' bajo contenido en silicio con las ue se obtienen mu' buenos resultados. Ae ueden usar de 0.& a 1.2>* de cromo ue act@a como elemento estabili,ador de carburos ' contenidos bajos en silicio de 1.> a 2* ara limitar la gra%ti,ación ue es una de las causas del incamiento.
FUNDICIONES DE A&TA DUREA CON 1 A 30 DE CROMO. $mleando contenidos de cromo variables de 1 a 2* se obtienen fundiciones blancas de dure,a mu' elevada. $stas fundiciones se emlean bastante oco casi e/clusivamente en casos en ue interesa gran resistencia al desgaste ' a la abrasión ' no imorta muco la tenacidad del material. Para la fabricación de lacas de blindaje ie,as de ro,amiento ,aatas de freno g@ias de rodadura son mu' emleadas fundiciones blancas de 2 a #* de cromo con dure,as variables !00 a !>0 -rinell.
FUNDICONES A&EADAS A& CROMO. 4as fundiciones con alto orcentaje de cromo se ueden clasi%car en dos familias= 1. Fundiciones con & a 2>* de cromo ue son fundiciones blancas de mu' elevada dure,a= !00 a >>0 -rinell. 2. Fundiciones de ##* de cromo ue son de estructura ferr)tica. 4as rimeras son de gran resistencia al desgaste ' buena resistencia al calor ' las segundas tienen mu' buena resistencia a la o/idación a temeraturas mu' elevadas. 4a in"uencia ue ejercen diversos contenidos de cromo as) como las microestructuras ' caracter)sticas ue se obtienen en cada caso se ver8n a continuación. $l cromo en orcentajes de 0.10 a 0.20* a%na la erlita ' el gra%to de las fundiciones ordinarias.
Con 1* de cromo se rovoca 'a la aarición de carburos de gran dure,a ue adem8s son mu' estables a altas temeraturas.
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Con 2* de cromo desaarece el gra%to. 4a fundición gris se convierte en blanca ' la roorción de carburos de cromo aumenta.
Con &* la matri, es erl)tica ' la cantidad de carburos ue aarecen en la micro estructura es 'a mu' imortante.
< artir de 12* de cromo los carburos se a%nan ' se disonen en red aareciendo austenita en la microestructura.
C)*)#ici)ne# de !/un# undici)ne# ! c+)*) 4 ! #i!ici) de u#) +ecuen"e. Comosiciones en * Hure,a C Ai Cr -rinell Fundiciones al cromo
#.2> 1.(> 0.>0 2(> #.& 2 1 #00 #.& 2 1.(> #>0 #.2> 2.(0 2.>0 #K0 1.(> 1.(> & #K0 1.+0 1.(> 1& !>0 1.+0 1.(> 2> !>0 1 1.(> #0 2&> Fundiciones al silicio
2.!0 &.> 2K0 0.(0 1> N >00 Cuando se llega a #0* de cromo se observa ue la matri, es 'a ferr)tica ' ue en ella a' eue9as cantidades del eutctico 6ferritacarburo de cromo7. $stas fundiciones no tienen 'a untos de transformación en el calentamiento ' en su estructura aarecen carburos de cromo %no incrustados en la matri,. 4as fundiciones de mu' alto orcentaje de cromo ueden resistir bien a la o/idación ' a la corrosión. Ae consigue buena resistencia a la o/idación
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cuando el contenido en cromo es or lo menos igual a 10 veces el del carbono adem8s resistir8n tambin a la corrosión cuando el cromo es m8s de 1> veces el carbono.
FUNDICIONES A&EADAS CON A&UMINIO Gecientemente se an comen,ado a fabricar ' emlear ciertas fundiciones con aluminio. Ain embargo en la actualidad todav)a su emleo es mu' limitado orue su fabricación es mu' di%cil. 4a adición de cantidades de aluminio sueriores al &.>* ace desaarecer el gra%to en las fundiciones ' ace ue aare,ca la matri, formada or ferrita ' carburos comlejos. $sta estructura ferr)tica como la de las fundiciones al silicio es mu' ino/idable ' refractaria al calor. 4as dos clases m8s imortantes son=
4as fundiciones con (* de aluminio ue tienen buena resistencia al fuego Pueden utili,arse asta K>0 ?C . Ae mecani,an bastante bien. Au resistencia a la tracción es de unos 1+ gJmm2 ' su dure,a dc #00 -rinell. 4as fundiciones con m8s de +* de aluminio ue tienen mu' buena resistencia a la o/idación ' ueden ser utili,adas a m8s altas temeraturas asta unos 1000 ?C Aon dif)ciles de mecani,ar salvo a la muela. Au resistencia a la tracción es de unos 1# gJmm2 ' su dure,a suele variar de 2>0 a >00 -rinell.
5. CONC&USION:
4os elementos de aleación modi%can la microestructura de las fundiciones ' con ello su dure,a ' resistencia estando en ocasiones estos cambios in"uenciados adem8s or una variación de la temlabilidad.
$l bajo costo ' la e/celente colabilidad an dado lugar a un e/tenso desarrollo de distintas aleaciones en alicaciones como= bloues de motor camisas de istón engranajes cueros de v8lvula ie,as de automóvil ' otras mucas ie,as ara mauinaria.
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4a in"uencia de estos elementos es mu' distinta ' utili,ando el orcentaje conveniente obtenemos metales con caracter)sticas mu' diferentes. Podemos fabricar ie,as de gran esesor con resistencias mu' elevadas en el interior de las mismas erramientas ue resisten erfectamente a la acción de los agentes corrosivos comonentes mec8nicos ue alcan,an grandes dure,as con gran tenacidad mecanismos ue mantengan elevadas resistencias a@n a altas temeraturas moldes de formas mu' comlicadas ue no se deformen ni agrieten en el temle etc.
$stos aleantes ueden disolverse en la ferrita o formar soluciones sólidas con el ierro alfa o bien ueden tener tendencia a formar carburos.
6. BIB&IO(RAFIA: 7"":88999.u".edu.c)8u-!i)1;8F<!ed#.7"* 7""#:88e#.9i=iedi.)+/89i=i8Fundici 0C30B3n>?*e"!u+/i@ 7"":88999.u*.edu.u48>u!)d8>de#c+/89e->de#c+ />3>Fundici)ne#/+i#e#!ed#de!"+e#i#"enci< In/Mnue!Ve/.d
