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Fundiciones de Hierro

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by

Wilmer Suarez

on 26 September 2014

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Transcript of Fundiciones de Hierro

Fundiciones de Hierro
Wilmer J. Suarez -(5800040)
Daniel Quevedo -(5800030)
Nicolas Hernandez -(5800016)
Camilo Quintero -(5800045)
Jorje A. Solano -(5800047)

Bibliografia y cibergrafia
Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Donald Askeland, 4ta Edición
FUNDICIONES, ING. GUILLERMO CASTRO, DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA F.I.U.B.A. (http://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Material_Complementario/Fundiciones.pdf)
Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro- carbono y silicio.

cantidades de carbono del 2 - 4% C
cantidades de silicio del 0.5 a 3%
del manganeso hasta 1%,
bajo azufre y bajo fósforo.


Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:
- Son más fáciles de maquinar que los aceros.
- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.
- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.
- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes.
- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.



características
Se caracterizan por que se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad.
pero no pueden ser sometidas a deformación plástica
no son dúctiles ni maleables y poco soldables
pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.
algunos usos y ventajas
De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser

grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o
aleadas.

Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, más el
eutéctico ledeburita compuesto de austenita y cementita, el eutéctico ternario de cementita, ferrita
y fosfuro de hierro (esteadita) y el carbono en forma de láminas, nódulos o esferitas de grafito, su
microestructura se basa en el diagrama hierro carbono estable.

Ledeburita: Es el constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4.3% C
desde 1145°C. Está formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% C.


Esteadita: Es un constituyente de naturaleza eutéctica duro, frágil (300 a 350 Vickers) y de bajo
punto de fusión (960°C), que aparece en las fundiciones de alto contenido en fósforo (más de 0.
l5 % P)
MICROCONSTTITUYENTES DE LAS FUNDICIONES

Propiedades
Propiedades
Es muy frágil, dureza baja de unos 80 a 100 HB, resistente al choque térmico, a la corrosión,
absorbe las vibraciones, bajo costo y poco soldable comparado con el acero.

Aspecto
La superficie exterior en la fundición es de color gris oscuro, mientras que la fractura es oscura
(fundición negra) o gris (fundición gris) o atruchada (puntos claros sobre fondo oscuro, o
viceversa) o clara (fundición blanca); al aire libre, la superficie externa se cubre de herrumbe
(óxido hidratado de hierro) de color rojo pardo que penetra lentamente en el interior.
Peso específico
El peso específico varía con la composición y por consiguiente con el aspecto de la fundición; se
puede admitir, por término medio:
Fundición gris = 7 a 7.2
Fundición atruchada = 7.3 a 7.4
Fundición blanca = 7.4 a 7.6

Resistencia a la tracción

La fundiciíon gris tiene una carga de rotura a la tracción que, de cerca de 15 Kg/mm2, llega a los
30 , 40 y 45 Kg/ mm2.

Las fundiciones aleadas y las esferidales sobrepasan este límite llegando a cargas que se pueden comparar a las de los aceros de calidad (70 y hasta 80 Kg/ mm2.)

La resistencia a la comprensión es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca
de tres veces la de la tracción:
por eso, como vemos, es aconsejable someter las piezas de
fundición a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.

Resistencia al choque
Las fundiciones grises, resisten no muy bien los choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas.

Las fundiciones maleables, por el contrario, y las de grafito nodular (fundiciones dúctiles) resisten bien;


Temperatura de fusión
Varía con la composición y el aspecto de la fundición. En promedio es:
Fundición negra gris 1200° C
Fundición blanca 1100° C


Es la propiedad del metal líquido de correr y de llenar bien los moldes: en igualdad de temperatura, la fundición fosforosa es más fluida que la fundición con poco fósforo.


Fluidez

el metal, al solidificarse, sufre una contracción: en la fundición blanca la contracción es casi igual a la del acero (16 a 18 por 1000).

En las fundiciones grises, la contracción final resulta menor ( 10 por 1000); la contracción varia también según los obstáculos mayores o menores que encuentra la colada en el molde.
Contracción
Resistencia a la flexión
Puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y
comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varia según la orientacion de la sección.

son en general más baratas que las de acero y su fabricación es también más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas.
realizarse la fusión a temperaturas relativamente poco elevadas, bastante más bajas que las del acero.
resistencia a la compresión es muy elevada (50 a 100 kg/mm2)
resistencia a la tracción puede variar en general de 12 a 90 kg/mm2.
Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien (mucho mejor que el acero)
Su fabricación exige menos precauciones que la del acero.
Alargamiento mayor al 10%


PROPIEDADES


APLICACIONES:
bases o pedestales para máquinas
Herramientas
bastidores para maquinaria pesada
bloques de cilindros para motores de
Vehículos
discos de frenos
herramientas agrícolas, entre otras.

VENTAJAS:
son en general más baratas que las de acero.
Su fabricación es más sencilla.
Es mas fácil de mecanizar que los aceros.
se pueden fabricar con gran precisión de diferentes formas y medidas.



Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Esto da por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza.


FUNDICION MALEABLE

Microestructura de la fundición nodular ferrítico perlítica


se produce con la fusión de varios materiales

Esta microestructura produce propiedades deseables como:
Resistencia a la compresión
Aptitud al moldeo
Resistencia a la abrasión
Resistencia a la fatiga
alta ductilidad
Tenacidad

se caracteriza por que en ella el grafito aparece en forma de esferas minúsculas que cuando se encuentra en forma laminar, da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria.
La fundición nodular se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.

FUNDICIÓN NODULAR (DUCTIL O ESFEROIDAL)

Engranajes
Bielas
Pistones
árboles de levas
árboles de transmisión
Cadenas
accesorios para cañerías
Sus propiedades mecánicas son suficientes para
numerosos elementos de motores, maquinarias, etc.


APLICACIONES:
APLICACIONES:
suspensiones
Transmisiones
sistemas de dirección
algunas piezas del motor.
tractores
Engranajes
Tuercas
Ejes
componentes hidráulicos que operan a alta presión.


Microestructura del hierro gris ( ferrita y perlita)

Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución

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. contienen entre 2,5 y 4% de carbono.

La fundición gris tiene una carga de rotura a la tracción de cerca de 15 Kg/mm2, llega a los 45 Kg/ mm2.

La resistencia a la comprensión es mayor, no resisten muy bien a los choques y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas.

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.
características
Los porcentajes de carbono presente en esta fundición oscilan entre un 1,8 y un 3,6%, mientras que el contenido en silicio es bastante bajo, entre el 0,5 y el 2%. Además contiene manganeso en cantidades que oscilan entre un 0,2 y un 0,8%, un 0,18% de fósforo y un 0,1% de azufre.

Uso de las fundiciones blancas
Camisas interiores de las hormigoneras.
Placas de revestimiento de molinos trituradores.
Zapata para freno de ferrocarril.
Cilindro de los trenes de laminación.
Rodillos de laminado.
Su principal uso es como material de partida para la fabricación de fundiciones maleables.

Fundicion atruchada
Las fundiciones atruchadas son una variedad intermedia entre las fundiciones blancas y las fundiciones grises donde el carbono se encuentra en forma libre (como láminas de grafito) y combinado (en la cementita). Generalmente se utilizan en aquellas aplicaciones que no requieren soportar grandes esfuerzos. Debido a su difícil maquinado, no tienen gran aplicación industrial.

Aplicaciones mas comunes
Bloques
cilindros
pistones de motores

se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido, siguiendo el diagrama hierro-cementita metaestable ; durante el enfriamiento, la austenita solidifica a partir de la aleación fundida en forma de dendritas. a los 1130°c el líquido alcanza la composición eutéctica (4.3%c) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita..

FUNDICION BLANCA
Fundiciones aleadas
Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes
suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para
comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a
la corrosión, al calor etc.

CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES ALEADAS
Fundiciones de baja y media aleación, que se caracterizan por tener pequeñas cantidades de Ni, Cr, Mo, y Cu, generalmente en porcentajes inferiores a 5%. En general, son fundiciones de alta resistencia a la tracción, de 25 a 50kg/mm2.
En esta familia, se suelen agrupar las fundiciones muy resistentes al desgaste, al calor y a la
corrosión y cuya micro estructura suele ser austenítica o ferriítica.
PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
El proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena
PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
El principio de fundición es simple:
Se funde el metal.

PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde
La cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento.
PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
PASOS DEL PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO:

Se calienta primero el metal(hierro) a una temperatura lo suficientemente alta para transformarlo completamente al estado líquido.

PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
después se vierte directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto el metal liquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una vía de paso llamada sistema de vaciado que permite el flujo del metal fundido desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el más importante en operaciones de fundición.

PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
Al enfriarse la fundición se remueve del molde; para ello pueden necesitarse procesamientos posteriores dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre ellos tenemos:
• El desbaste del metal excedente de la fundición.
• La limpieza de la superficie.
• Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades. 13
• Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y la microestructura metalúrgica asociada.

PROCESO DE FUNDICION DEL HIERRO
Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la temperatura suficiente para el punto de congelación de un metal puro, empieza la solidificación que involucra un cambio de fase del metal.


Se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición.

Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.

Métodos de fundiciones
Fundición a la arena.
Procedimiento de moldeo.
Maquinas para moldeo.
Fundición por Inyección.
Fundición en Coquillas.
Fundición Centrífuga.

Fundición a la arena.
El trabajar con arena permite trabajar metales con altos puntos de fundición
como el acero y el níquel. El proceso general de la fundición en arena comienza con la fabricación del
modelo de la pieza a fundir, luego este modelo se coloca entre la arena para generar una cavidad negativa y se ubican los sistemas de alimentación que guiaran el metal fundido hacia las cavidades del molde.
Una vez el metal se solidifica al interior de la cavidad, se destruye el molde y se extrae la pieza terminada.

Modelos para fundición en arena
Los modelos para fundición en arena serán los encargados de generar la cavidad en la arena para posteriormente fundir el metal en ella.
La selección del material para el modelo dependerá de factores como: tamaño y
forma de la fundición, precisión dimensional y la cantidad de ciclos que se
quiera utilizar el modelo.

Clasificación de los Modelos para fundición en arena
Modelos de una sola pieza:
También llamados modelos sólidos, tienen la misma forma que el producto y un extra de material para contrarrestar la contracción del material y los procesos de maquinados posteriores. Se utilizan para piezas simples y producción de bajas cantidades.

Modelos divididos:
Son modelos en dos piezas donde cada una de las piezas forman cada una de las mitades de la cavidad. Se obtienen formas más complejas, menores tiempos para el moldeo y mayores cantidades de producción.

Tipos de moldeo
Los componentes principales de un molde para fundición en arena son:
El molde esta soportado por una caja de moldeo.
El bebedero es el conducto que recibe el metal y lo lleva hacia el interior del molde.
La mazarota es una cavidad que se llena de metal fundido y suministra el metal adicional necesario para contrarrestar el proceso de contracción durante la solidificación del metal.
Los canales de llenado llevan el metal fundido desde la mazarota hasta la cavidad del molde.
Los insertos hechos en arena que permiten generar cavidades huecas dentro de la pieza fundida reciben el nombre de corazones.
Los respiraderos.
Procedimiento de moldeo y tipos
Existen varios moldes como:
Moldes de arena en verde.(La más Común)
Moldes con capa seca.
Moldes con arena seca.
Moldes de arcilla.
Moldes furánicos.
Moldes de CO2.
Moldes de metal.
Moldes especiales.
El proceso de Moldes
se puede clasificar:

Moldeo en banco.
Moldeo en piso.
Moldeo en fosa.
Molde en maquina.

Tipos Y propiedades de arenas
Arena Sílica (SiO2)
Arenas naturales (semisintéticas)
Arenas de moldeo sintéticas.

Propiedades:
Permeabilidad.
Resistencia.
Resistencia en seco.
Resistencia en verde.
Refractariedad.
Resistencia en caliente.
Desprendimiento.
Tamaño y forma del grano.

Fundición por Inyección
Es un Proceso que consiste en forzar o inyectar aluminio hacia un molde permanente, también denominado Dado, dichos moldes tienen una cavidad de la pieza deseada. Exige naturalmente un
numero considerable de moldes.

Fundición CENTRÍFUGA
La fundición centrífuga se refiere a varios métodos de fundición caracterizados por utilizar un molde que gira a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido en las regiones exteriores de la cavidad del dado. Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de cavidades colocadas simétricamente en la periferia de manera que la fuerza centrífuga distribuya la colada del metal entre estas cavidades. El proceso se usa para partes pequeñas

Fundición En coquillas
Las fundiciones en coquilla, se obtienen colando el metal fundido en coquilla metálica. De esta forma se obtienen piezas constituidas por una capa periférica dura y resistente a la abrasión de fundición blanca que envuelve totalmente a un corazón más blando de fundición gris , siendo necesario para conseguir buenos resultados tener un control muy cuidadoso de la composición y de la velocidad de enfriamiento.
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