Hierro fundido:propiedades, tipos y usos

¿Qué es el hierro fundido?

Hierro fundido es una aleación de hierro que contiene 2 a 4% de carbono , así como cantidades variables de silicio y manganeso y trazas de impurezas como azufre y fósforo. El mineral de hierro se reduce en un alto horno para producirlo.

El carbono en el hierro fundido generalmente existe en dos formas asociadas entre sí

(1 ) Como la cementita compuesta es decir, en un estado de combinación química y el hierro se conoce como hierro fundido blanco , y

(2 ) Como carbono libre , es decir, en estado de mezcla mecánica. El carbono en la primera forma se denomina “carbono combinado “, y en este último se denomina fundición gris .

Una etapa intermedia entre estas dos variedades de hierro muestra manchas grises en la estructura blanca. Este hierro se llama hierro moteado .

La fundición moteada (MCI) es un material que se utiliza en laminación de laminación especialmente en las últimas cajas de laminación, debido a su combinación de alta:resistencia, conductividad térmica y módulo elástico. En MCI, las áreas microestructurales de fundición blanca y fundición gris resultan de la solidificación.

Por lo tanto, la calidad del hierro fundido depende no solo de la cantidad absoluta de carbono que contiene, sino también de las condiciones en las que existe ese carbono. Las variedades de hierro fundido de uso común son:

Tipos de hierro fundido

Las variedades de hierro fundido de uso común son:-

1. Hierro fundido gris
2. Hierro fundido blanco
3. Hierro fundido maleable
4. Hierro fundido nodular
5. Hierro fundido enfriado
6. Aleación de hierro fundido
7. Hierro fundido meehanita

1. Hierro fundido gris

Esto se obtiene dejando que el metal fundido se enfríe y solidifique lentamente. Al solidificarse, el hierro contiene la mayor parte de carbono en forma de escamas de grafito .

El hierro fundido gris contiene grandes cantidades de carbono y cantidades relativamente pequeñas del otro elemento, por ejemplo, fósforo de silicio, azufre y manganeso.

Presenta una estructura cristalina o granular de color gris opaco. y una luz fuerte dará un efecto reluciente debido a la reflexión de las escamas de grafito libres. La presencia de este grafito libre también se observa al limar o mecanizar hierro fundido, ya que ennegrece las manos.

El hierro fundido es quebradizo y puede romperse fácilmente si se usa un martillo pesado. La resistencia del hierro es mucho mayor en compresión que en tensión. La resistencia máxima a la tracción del hierro fundido varía entre 12 y 13 kgf por mm2 (120 a 300 Newton por mm²) y depende de la composición del hierro. En compresión, el hierro fundido gris resistirá alrededor de 60 a 75 kgf por mm? (600 a 750 Newton por mm2) antes de fracturarse, mientras que en corte su resistencia es de aproximadamente 15 a 22 kgf por mm2 (150 a 225 Newton por mm2). La dureza oscila entre 150 y 240 BHN. Las principales ventajas a favor de su uso son:(1) su bajo costo, (2)

Su baja temperatura de fusión (1150 °C a 1200 °C) y su fluidez cuando está fundido, y (3) se mecaniza fácilmente. Otra buena propiedad del hierro fundido es que el grafito libre en su estructura parece actuar como un lubricante. , y cuando se fabrican grandes correderas de máquina se obtiene una acción de trabajo muy libre. El análisis de fluidez del hierro permite su uso generalizado para la fabricación de piezas fundidas con formas complejas y en casi todas las formas de hierro fundido.

2. Hierro fundido blanco

Hierro fundido blanco contiene carbono exclusivamente en forma de cementita (carburo de hierro). Este se obtiene por la presencia de cantidades relativamente grandes de manganeso, una cantidad muy pequeña de silicio y por enfriamiento rápido. La velocidad ordinaria de enfriamiento en arena produce grafito libre, mientras que el enfriamiento rápido ayuda a producir cementita. Además, el manganeso favorece la formación de carburo. La composición química aproximada del hierro fundido blanco se da en la Tabla 4.2.

La fundición blanca es muy dura (la dureza oscila entre 400 y 600 BHN) y quebradiza, y su superficie fracturada tiene un aspecto metálico plateado. Desde el punto de vista de la ingeniería, el hierro fundido blanco tiene una aplicación limitada. Esto se debe a la dificultad de mecanización ya que tiene, en general, una capacidad de procesamiento mecánico relativamente pobre. Este tipo de hierro es muy utilizado para fabricar hierro forjado. El hierro fundido blanco también se funde como material intermedio para fabricar hierro fundido maleable. El hierro fundido blanco no se oxida tanto como el gris.

3. Hierro fundido maleable

El hierro fundido ordinario es duro y quebradizo. Por lo tanto, no es adecuado para artículos delgados, livianos y sujetos a golpes y vibraciones o para piezas de fundición pequeñas utilizadas en varios componentes de máquinas.

La aplicación del término 'maleable ‘a las piezas fundidas es más bien un nombre inapropiado porque no son muy maleables en comparación con los estándares de maleabilidad. Sin embargo, en comparación con las piezas fundidas de hierro gris, que son bastante frágiles, las piezas fundidas maleables poseen cierto grado de tenacidad, y probablemente por eso se las ha llamado así.

Fundiciones maleables se hacen primero de un hierro que tiene todo su carbono en forma combinada, es decir, de hierro fundido blanco. Entonces se utilizan dos métodos para maleablecer las coladas:(1) Corazón blanco y (2) Corazón negro . Los nombres se refieren al color de la fractura que dan los moldes producidos por cada método. Las composiciones químicas aproximadas para ambas variedades se dan en la Tabla 4.3.

4. Hierro dúctil

Hierro con grafito esferoidal , también llamado hierro fundido nodular , es de un grado más alto porque el grafito se precipita no en forma de escamas sino en forma de esferoides. Esto se puede lograr mediante varios métodos, por ejemplo, mediante la adición de uno de los siguientes elementos:magnesio, cerio, calcio, bismuto, zinc, cadmio, titanio o boro.

El ferrosilicio también se utiliza como inoculante. La fundición esferoidal se puede producir en piezas más gruesas que las producidas por fundición maleable. Las características sobresalientes de la fundición esferoidal son la alta fluidez, que permite la fundición de formas complejas y una excelente combinación de resistencia y ductilidad. La resistencia a la tracción de este hierro es de unos 33 kgf por mm2 (330 Newton pet mm). Este material también se conoce como hierro dúctil .

El hierro fundido esferoidal se usa ampliamente en piezas fundidas donde la densidad y la estanqueidad a la presión son una cualidad muy deseable. Incluyen cilindros hidráulicos, válvulas, tuberías y accesorios de tubería, culatas para compresores y motores diesel. Los rodillos para trenes de laminación y muchos tipos de piezas fundidas por centrifugación también se fabrican con fundición esferoidal.

5. Hierro fundido enfriado

El enfriamiento rápido se llama “enfriamiento ” y el hierro así producido es “hierro enfriado ”. Todas las piezas fundidas se enfrían en su superficie exterior al entrar en contacto con la arena fría del molde. Dado que el hierro fundido tiene una conductividad térmica más alta que la arena, las partes enfriadas de la pieza fundida experimentan una rápida solidificación y enfriamiento y, por lo tanto, producen una superficie de manada. Pero esta dureza solo penetra alrededor de 1 a 2 mm de profundidad.

A veces, una fundición se enfría intencionalmente y, a veces, se enfría accidentalmente a una pequeña profundidad. El enfriamiento intencional se lleva a cabo utilizando hierro fundido en lugar de arena para aquellas partes del molde donde se requieren superficies duras. Cuando estos son tocados por el metal fundido, su superficie se enfría repentinamente y se convierte en hierro fundido blanco. Para la colada en frío se utilizan moldes permanentes fabricados con acero resistente al calor o hierro fundido con grafito en escamas.

Escalofríos se utilizan en aquellas fundiciones en las que se requiere que algunas piezas tengan la dureza del hierro fundido blanco, mientras que otras deben tener un núcleo relativamente blando y resistente de hierro fundido gris.

6. Hierro fundido de aleación

Hierro fundido de aleación se han desarrollado en los últimos años para superar ciertas deficiencias inherentes en el hierro fundido ordinario y para dar cualidades más adecuadas para fines especiales. La adición de níquel, cromo, molibdeno, titanio, silicio, cobre y otros elementos de aleación confieren propiedades especiales a esta fundición.

El uso de 1 o 2 por ciento de níquel es adecuado. El hierro de buena calidad ofrece un medio simple y efectivo para mejorar las propiedades de este hierro fundido.

El uso de 1 a 2 por ciento de níquel es adecuado. El hierro de buena calidad ofrece un medio simple y eficaz para mejorar las propiedades y el servicio que brindan las fundiciones de hierro. Asegura la maquinabilidad y la uniformidad de la estructura del hierro fundido. Mediante el uso de níquel del orden del 25 por ciento, también se puede obtener una mayor vida útil en piezas sujetas a desgaste abrasivo.

7. Hierro fundido Meehanite

Cilindros o camisas de cilindros de todos los tamaños, desde los más pequeños hasta los más grandes, son ejemplos destacados. El hierro fundido al níquel también se usa para resistir la corrosión cáustica. Por esta razón, se emplea ampliamente para fabricar ollas, tubos y otras fundiciones cáusticas en contacto con licor cáustico.

La adición de sólo el 1 por ciento de níquel proporciona un beneficio general para este propósito. El factor más destacado para usar níquel en hierro fundido es obtener densidad y hermeticidad a la presión en fundiciones con secciones grandes y variables. Esto ha llevado a la aplicación de fundición de níquel para muchas partes de maquinaria hidráulica y de vapor, compresores y motores de combustión interna.

Cuando la mejora en la calidad de uso es importante, las adiciones de cromo con el níquel a menudo resultan útiles. El hierro fundido aleado de esta manera encuentra una amplia aplicación para bombas de todo tipo en las que se debe considerar el desgaste por fricción, así como por erosión. El hierro fundido de aleación que contiene de 10 a 30 por ciento de cromo y de 1 a 3 por ciento de carbono total, también exhibe un alto grado de resistencia al calor combinado con resistencia a altas temperaturas.

El hierro fundido aleado con 10 por ciento de níquel y 6 por ciento de manganeso se vuelve no magnético. Un hierro fundido especial no magnético patentado se conoce con el nombre de “Nomag ”.

HIERRO FUNDIDO MEEHANITE

Los hierros fundidos, en los que el metal se ha tratado con siliciuro de calcio, se conocen con el nombre comercial de meehanite. El siliciuro de calcio actúa como grafitador y produce una fina estructura de grafito dando una fundición de excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, las altas cualidades del hierro mecanita no se deben únicamente al uso de siliciuro de calcio, sino también al control cuidadoso de todos los factores que intervienen en la fusión del hierro en la cópula u horno eléctrico y en el moldeo de la fundición. Queda muy poco siliciuro de calcio en el hierro después de la solidificación.

El metal utilizado es bajo en silicio, moderadamente bajo en carbono, que está limitado, alrededor del 2,5 al 3 por ciento. Esto normalmente sería blanco si se moldea, pero la grafitización mediante el sistema de control de meehanite proporciona una gama de materiales para cumplir con los amplios requisitos de las industrias de ingeniería.

Hay en total más de veintiséis tipos de metal meehanite disponibles en la actualidad en cinco clasificaciones amplias:(a) ingeniería general , (b) resistente al calor , (c) resistente al desgaste , (d) resistente a la corrosión , (e) tipo nodular 'S'.

Todos los hierros meehanite tienen dureza de alta resistencia, ductilidad y fácil maquinabilidad. Por lo tanto, afirman cerrar la brecha entre el hierro fundido ordinario y el acero. Las piezas fundidas pesan de 500 a 6.000 kg. El metal es de grano cerrado y muestra un número de Brinell de 200 a 210. a

El hierro meehanite responde al tratamiento térmico a diferencia del hierro fundido gris común y se endurece por completo o en la superficie. También se puede templar mediante un tratamiento adecuado para su uso en la fundición de máquinas herramienta.

Producción de hierro fundido

El hierro fundido está hecho de arrabio, que es el subproducto de la fundición del mineral de hierro en un alto horno. El hierro fundido se puede fabricar directamente a partir de arrabio fundido o mediante la refundición del arrabio, a menudo con cantidades significativas de hierro, acero, piedra caliza, carbón (coque) y varios pasos para eliminar los contaminantes indeseables. El fósforo y el azufre se pueden quemar del hierro fundido, pero esto también quema el carbono, que debe ser reemplazado. El contenido de carbono y silicio se ajusta a los niveles deseados, que pueden oscilar entre el 2 y el 3,5 % y entre el 1 y el 3 %, respectivamente, según la aplicación. Luego, se pueden agregar otros elementos al fundido si se desea antes de moldear la forma final.

El hierro fundido a veces se funde en un tipo especial de alto horno conocido como cubilote, pero se funde más comúnmente en hornos de inducción eléctrica o hornos de arco eléctrico en aplicaciones modernas. El hierro fundido fundido se vierte en un horno de mantenimiento o cucharón una vez que se completa el proceso de fusión.