Clasificación y Propiedades de Fundiciones Férreas

Clasificación de las Fundiciones en Función de la Forma en que Aparece el Carbono

Fundición blanca: Son fundiciones en las que todo el carbono está como cementita. Presentan una fractura de aspecto blanco. Si la velocidad de enfriamiento es suficientemente rápida, solidificará con ausencia total de grafito en láminas. Su matriz está formada por perlita y/o ferrita.

Propiedades:

• Son muy duras y frágiles.
• Muy poco maquinables.

Aplicaciones:

• Como materia prima para la obtención del acero, hierro dulce o fundición maleable.
• Fabricación de piezas que requieran gran dureza superficial: ruedas de molino, cilindros de laminar, matrices de embutir, etc.

Fundición gris: Son fundiciones en las que la mayor parte del carbono está como grafito. Su fractura es de aspecto gris. Hay dos tipos:

• Ferrítica o hipoeutectoide (0.8%C >).
• Perlítica o hipereutectoide.

Fundición atruchada: Cuando parte del carbono se encuentra combinado en forma de cementita y parte en estado de grafito. El aspecto de su fractura es más o menos blanco según el porcentaje del carbono combinado.

Fundición maleable: Se obtiene a partir de la fundición blanca mediante un tratamiento térmico adecuado para que adquiera maleabilidad. Se distinguen:

• Maleable de corazón blanco (obtenida por descarburización de la blanca).
• Maleable de corazón negro (con grafito nodular).

Fundición dúctil o con grafito esferoidal: En estas fundiciones, el grafito adquiere al solidificar la forma de pequeñas esferas por acción de elementos tales como Ce y Mg.

Influencia de la Velocidad de Enfriamiento

• Enfriamiento rápido: Fundición blanca (Cementita + Perlita).
• Enfriamiento moderadamente rápido: Fundición atruchada (Grafito + Cementita + Perlita).
• Enfriamiento moderado: Fundición perlítica (Grafito + Perlita).
• Enfriamiento moderadamente lento: Fundición gris (Grafito + Perlita + Ferrita).
• Enfriamiento lento: Fundición ferrítica (Grafito + Ferrita).

Constituyentes de las Fundiciones

Grafito:

• Gris, hexagonal, blando, quebradizo y untuoso.
• Se presenta en masas con escasa resistencia y crea discontinuidades en la masa metálica, que la hace frágil y maquinable, no produciendo virutas ni polvo.
• La formación de grafito va acompañada de un aumento de volumen, lo que hace que las contracciones sean bajas.
• La resistencia mecánica de las fundiciones es tanto mayor cuanto menor sean las láminas de grafito.
• Si se presenta en forma de esfera, la fundición se hace maleable.

Steadita:

• Por adición de fósforo.
• Eutéctica, dura y frágil, con temperatura de fusión de 960°C.
• En las fundiciones grises es la eutéctica binaria de ferrita y Fe₃P.
• En las fundiciones blancas forma parte de una eutéctica ternaria de ferrita, Fe₃C y Fe₃P.
• El contenido en P es del 10%.

Ledeburita:

• Eutéctica, formada por austenita y Fe₃C.
• En las fundiciones ordinarias no aparece a temperatura ambiente, debido a que se descompone en perlita y cementita.

Ferrita: Se diferencia de la de los aceros en que, en las fundiciones, lleva cantidades elevadas de Si que la hacen más resistente.

Perlita: Se diferencia de la de los aceros en su menor contenido en carbono.

Tratamientos Térmicos de las Fundiciones

Fundición Blanca:

• Fundición maleable de corazón blanco: Se obtiene por descarburización de la fundición blanca, calentándola en presencia de FeO en cajas herméticas a 900-1100°C durante varios días, produciéndose la difusión del carbono desde el núcleo hasta la periferia, donde se oxida a CO.
• Fundiciones maleables de corazón negro: Se obtiene a partir de la fundición blanca por recocido de larga duración a 800-900°C, descomponiéndose la cementita en grafito nodular finamente, seguido de un enfriamiento muy lento a través del rango de temperaturas del eutectoide hasta 600°C para evitar la formación de perlita. No crea discontinuidades ni efectos de entalla.

Fundición Gris:

• Recocido para eliminar tensiones.
• Recocido de ablandamiento o ferritización.
• Recocido a 700-760°C.
• Recocido a 800-900°C.
• Recocido a 900-925°C.
• Normalizado o perlitización.
• Temple y revenido.
• Endurecimiento superficial de las fundiciones por flameado.

Esquema de Propiedades Mecánicas

Vulcanización: Fenómeno por el cual el elastómero se puede reticular por reacción química, rompiendo los enlaces y uniendo las cadenas. Es una reacción no reversible, que normalmente se realiza con ayuda de presión y temperatura. Se lleva a cabo añadiendo azufre, que hace de puente entre las cadenas de polímero, descomponiendo los enlaces dobles insaturados.

Características Principales de los Polímeros Termoestables

• Son los más usados.
• Poseen una estructura reticulada, es decir, están formados por entrecruzamiento de cadenas lineales mediante enlaces covalentes más fuertes. Esto provoca que no se puedan mover ni girar.
• No se reblandecen a altas temperaturas.

Principales Diferencias entre Termoplásticos, Termoestables y Elastómeros

Procesos de Fabricación de los Polímeros Termoestables

Moldeo por Compresión: El molde consta de dos piezas, el molde superior y el molde inferior, siendo móvil solo uno de los dos. La resina precalentada se carga dentro del molde inferior caliente, que contiene una o más cavidades. A continuación, se juntan los moldes, presionando la resina contenida entre ambos. La resina se funde por efecto de la presión aplicada y del calor, llenando la cavidad. Se continúa calentando para completar el entrecruzamiento de la resina termoestable, y después se extrae la pieza del molde. El exceso de rebaba de la pieza se recorta posteriormente.

Moldeo por Transferencia: Combina el moldeo por compresión y por inyección. El material es fundido y mezclado en una cámara caliente auxiliar para luego transferirlo bajo presión a la cámara del molde a través de un sistema de conectores y entradas dentro de las cavidades del molde. Aunque el moldeo por compresión a veces resulta más económico que el de transferencia, a veces es preciso recurrir a este en piezas de geometría complicada. Las piezas obtenidas por transferencia tienen menos rebabas, mayor precisión y curado más homogéneo que en el moldeo por compresión.

Módulo de Relajación

Módulo de relajación: Módulo elástico dependiente del tiempo y la temperatura.

Cerámicos

Modificadores de Red

¿Qué efecto producen los modificadores de red al añadirlos a vidrios de alta temperatura de reblandecimiento y viscosidad? Añadiendo óxidos metálicos, como Na₂O y CaO, que añaden iones positivos a la estructura y rompen la red.

La sílice pura forma una red ordenada de índice de coordinación 3, dando lugar a un vidrio de alta temperatura de reblandecimiento (1200°C), pero difícil de trabajar debido a su alta viscosidad. ¿Cómo lo solucionarías? Añadiendo óxidos metálicos, como Na₂O y CaO, que añaden iones positivos a la estructura y rompen la red.

Creep en Cerámicos

Periodos:

• Periodo primario: La deformación decrece con el tiempo, tendiendo a un estado estacionario de velocidad de deformación.
• Periodo secundario (estado estacionario): ε_min = Aσⁿe^(-Q/RT) donde n y A son constantes; Q = energía de activación de la fluencia.
• Periodo terciario: Se acelera y se rompe.