Introducción a las fundiciones de hierro fundido

El descubrimiento del valor del hierro dio lugar a la llamada Edad del Hierro, debido al dominio de este material en aplicaciones sociales y militares. Habrá otro hito para los metales:la revolución industrial cambió la forma en que se producían y transformaban los metales en productos, incluido el hierro.

Hierro fundido

El hierro fundido se produce fundiendo hierro y aleaciones de carbono que tienen un contenido de carbono superior al 2%. Después de la fusión, el metal se vierte en el molde. La principal diferencia en la producción entre el hierro forjado y el hierro fundido es que el hierro fundido no se procesa con martillos ni herramientas. También hay diferencias en la composición:el hierro fundido contiene del 2 al 4 % de carbono y otras aleaciones y del 1 al 3 % de silicio, lo que mejora las propiedades de fundición del metal fundido. También puede haber pequeñas cantidades de manganeso y algunas impurezas como azufre y fósforo. Las diferencias entre el hierro forjado y el hierro fundido también se pueden encontrar en los detalles de la estructura química y las propiedades físicas.

Aunque tanto el acero como el hierro fundido contienen trazas de carbono y parecen similares, existen diferencias significativas entre los dos metales. El acero contiene menos del 2 % de carbono, lo que permite que el producto final se solidifique en una sola estructura microcristalina. El mayor contenido de carbono del hierro fundido significa que se solidifica como una aleación heterogénea y, por lo tanto, tiene más de una estructura microcristalina presente en el material.

Esta combinación de alto contenido de carbono y la presencia de silicio le da al hierro fundido una excelente colabilidad. Se producen varios tipos de hierro fundido utilizando diversas técnicas de procesamiento y tratamiento térmico, incluido el grafito gris, blanco, maleable, dúctil y compacto.

Puente de hierro fundido

Los detalles de construcción de hierro fundido se realizan fundiendo el metal y vertiéndolo en un molde.

hierro gris

El hierro fundido gris se caracteriza por la forma escamosa de las partículas de grafito en el metal. Cuando el metal se fractura, la fractura ocurre a lo largo de las escamas de grafito, dándole un color gris a la superficie del metal fracturado. El nombre hierro gris proviene de esta característica.

Es posible controlar el tamaño y la estructura de la matriz de escamas de grafito durante la producción ajustando la velocidad de enfriamiento y la composición. El hierro fundido gris no es tan dúctil como otras formas de hierro fundido y su resistencia a la tracción también es menor. Sin embargo, es un mejor conductor de calor y tiene un mayor nivel de amortiguación de vibraciones. Tiene una capacidad de amortiguación de 20 a 25 veces mayor que la del acero y es superior a todos los demás hierros fundidos. El hierro fundido gris también es más fácil de mecanizar que otros hierros fundidos y su resistencia al desgaste lo convierte en uno de los productos de hierro fundido con mayor volumen.

Nuestros productos para superficies duras están hechos de hierro fundido gris. La amortiguación de vibraciones y la resistencia al desgaste son propiedades que lo convierten en un material adecuado para muchas aplicaciones en la calle. El hierro fundido gris en bruto también produce una pátina que lo protege de la corrosión dañina incluso en el exterior.

Hierro blanco

Con el contenido de carbono apropiado y una alta velocidad de enfriamiento, los átomos de carbono se combinan con el hierro para formar carburo de hierro. Esto significa que hay pocas o ninguna partícula de grafito libre en el material solidificado. Cuando se corta el hierro blanco, la superficie agrietada aparece blanca debido a la falta de grafito. La estructura microcristalina de la cementita es dura y quebradiza con alta resistencia a la compresión y buena resistencia a la abrasión. En algunas aplicaciones especializadas, es deseable que haya hierro blanco en la superficie del producto. Esto se puede lograr utilizando un buen conductor de calor para fabricar las piezas del molde. Esto eliminará rápidamente el calor del metal fundido de esa área específica, mientras que el resto de la fundición se enfriará más lentamente.

Uno de los tipos más populares de hierro blanco es Ni-Hard Iron. La adición de aleaciones de cromo y níquel otorga a este producto un rendimiento excelente en aplicaciones de abrasión por deslizamiento de bajo impacto.

El hierro blanco y el ni-hierro duro caen dentro de la clasificación de aleaciones en ASTM A532; "Especificación estándar para hierro fundido resistente a la abrasión".

Hierro fundido

El hierro fundido blanco puede transformarse en hierro fundido maleable mediante un proceso de tratamiento térmico. Un extenso programa de calentamiento y enfriamiento descompone las partículas de carburo de hierro, liberando partículas de grafito libres en hierro. Debido a las diferentes velocidades de enfriamiento y la adición de aleaciones, se obtiene hierro dúctil con estructura microcristalina.

Hierro dúctil (Hierro dúctil)

El hierro dúctil, o fundición dúctil, obtiene sus propiedades especiales añadiendo magnesio a la aleación. La presencia de magnesio hace que el grafito adquiera una forma esférica a diferencia de las escamas de hierro gris. El control de la composición es muy importante en el proceso de producción. Pequeñas cantidades de impurezas como el azufre y el oxígeno reaccionan con el magnesio, afectando la forma de las partículas de grafito. Se fabrican diferentes grados de hierro dúctil manipulando la estructura microcristalina alrededor de una esfera de grafito. Esto se logra mediante el proceso de fundición o el tratamiento térmico como siguiente paso de procesamiento.

Debido a que el hierro dúctil se deforma con el impacto en lugar de romperse en pedazos, usamos este material para fabricar nuestros postes de hierro fundido. El perfil de impacto del hierro nodular lo convierte en un buen hierro fundido para bolardos cerca del tráfico.

Hierro fundido con grafito compacto

El hierro de grafito compacto tiene una estructura de grafito y propiedades relacionadas que son una mezcla de hierro gris y blanco. La estructura microcristalina se forma alrededor de escamas de grafito romas que se unen entre sí. Una aleación, como el titanio, sirve para inhibir la formación de grafito esferoidal. El hierro fundido de grafito compacto tiene una mayor resistencia a la tracción y una mejor ductilidad en comparación con el hierro fundido gris. La estructura y las propiedades microcristalinas se pueden ajustar mediante tratamiento térmico o la adición de otras aleaciones.

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL HIERRO FUNDIDO

Las propiedades mecánicas de un material indican cómo reacciona bajo ciertas condiciones, lo que ayuda a determinar su idoneidad para diferentes aplicaciones. Las especificaciones las establecen organizaciones como la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) para que los usuarios puedan comprar materiales con la confianza de que cumplen con los requisitos de su aplicación. Esta es la especificación de hierro fundido gris más utilizada, la ASTM A48.

Para calificar las piezas fundidas de acuerdo con sus especificaciones, la forma estándar es fundir una barra de prueba junto con las piezas fundidas técnicas. Luego se aplican pruebas ASTM a esta varilla de prueba y los resultados se usan para calificar todo el lote de piezas fundidas.

Las especificaciones también son importantes cuando se sueldan piezas de hierro fundido. La soldadura debe cumplir o superar las propiedades mecánicas del material a soldar, de lo contrario, pueden producirse grietas y daños.

Soldadura de hierro fundido

Al soldar, es extremadamente importante que la soldadura cumpla o supere las propiedades mecánicas del material para evitar grietas y fallas.

Algunas propiedades mecánicas comunes del hierro fundido incluyen:

● Dureza:la resistencia del material a la abrasión y las hendiduras

● Dureza:la capacidad del material para absorber energía

● Ductilidad:la capacidad del material para deformarse sin fracturarse

● Elasticidad:la capacidad del material para volver a sus dimensiones originales después de haber sido deformado

● Maleabilidad:la capacidad del material para deformarse bajo compresión sin romperse

● Resistencia a la tracción:la mayor tensión longitudinal que un material puede soportar sin desgarrarse

● Resistencia a la fatiga:la tensión más alta que un material puede soportar durante un número determinado de ciclos sin romperse