Elegir la Aleación de Hierro Adecuada: Hierro Dúctil vs. Hierro Fundido Explicado

Cómo los ingenieros eligen una aleación para fundiciones metálicas

Al elegir una aleación de hierro para una fundición, un metalúrgico considera el presupuesto, las propiedades mecánicas requeridas y los pasos post-fundición como mecanizado y tratamiento térmico. Estos requisitos deciden qué aleación usar. Hoy en día, la mayor elección es entre hierro dúctil vs. hierro fundido.

Técnicamente, «hierro fundido» sugiere aleaciones de hierro que se funden en una fundición. El hierro dúctil es una de esas aleaciones. Sin embargo, el dúctil es un recién llegado relativo en la escena, con propiedades mecánicas únicas que lo diferencian de otras aleaciones de hierro. Esta diferencia significa que «hierro fundido» generalmente especifica aleaciones de hierro gris o blanco que han sido parte de la metalistería durante siglos.

¿Qué tipos de hierro se funden en la fundición?

• Hierro Fundido Dúctil: Este tipo de hierro se desarrolló en 1948 y se ha convertido en una aleación muy importante para fundiciones ferrosas. Es mucho menos frágil que otros hierros fundidos.
• Hierro Fundido Maleable: Antes de la invención del hierro dúctil, esta aleación era más popular. Es un hierro fundido blanco que se trata térmicamente por un período muy largo. Las condiciones en el tratamiento térmico deben ser muy controladas. Cuando el hierro maleable termina, es mucho menos frágil. El maleable todavía se usa para fundiciones pequeñas y delgadas donde el dúctil es menos exitoso.
• Hierro Fundido Blanco: Esta aleación se enfría más rápidamente que otros hierros fundidos, produciendo una molécula llamada cementita en su red. Es una aleación frágil pero tiene excelente dureza y resistencia a la abrasión. A menudo se usa en cojinetes y otras aplicaciones de alta fricción.
• Hierro Fundido Gris: La mayoría de los artículos estándar de «hierro fundido» están hechos de hierro fundido gris, por lo que cuando la gente usa el término, esta es probablemente la aleación que se refiere. A diferencia del hierro fundido blanco, el hierro gris tiene una microestructura grafítica. Tiene excelente capacidad de amortiguación de vibraciones y gran mecanizabilidad.

Los hierros fundidos blanco y gris crean fundiciones de aspecto muy similar. Su coloración solo es evidente cuando se fracturan.

¿Cuáles son las diferencias entre hierro dúctil e hierro fundido?

El hierro dúctil es menos frágil que otros hierros fundidos, incluso antes del tratamiento térmico. No se fractura tan fácilmente con el impacto. Ser dúctil permite que el hierro se doble. En comparación, el hierro fundido gris es más duro. Esta dureza significa que maneja bien el desgaste superficial. El hierro gris también es mejor en amortiguación de vibraciones. Las diferencias se deben a las microestructuras de grafito dentro de estas aleaciones de hierro.

El hierro fundido gris tiene 2,5–4 % de carbono y 1–3 % de silicio en peso. El silicio en la aleación es necesario para estabilizar las moléculas de grafito que dan al hierro fundido gris sus propiedades. Sin embargo, este silicio solo es efectivo para apoyar y mantener el grafito si el metal no sufre choque térmico al enfriarse. Un enfriamiento muy rápido llevará a la formación de cementita y convertirá el hierro gris en hierro blanco, incluso con silicio en la mezcla. En el hierro fundido gris, escamas de grafito están incrustadas a través de la superficie y son visibles en hierro gris altamente pulido.

El hierro fundido dúctil tiene 3,2–3,6 % de carbono, 2,2–2,8 % de silicio y un pequeño porcentaje de un «elemento nodulizador». Descubierto en 1943, el dúctil tenía muchas de las mismas propiedades que el hierro maleable, solo que las tenía directamente del molde. El tratamiento térmico largo y técnico necesario para hacer hierro fundido maleable lo hacía más caro y propenso a errores. El dúctil fue una solución obvia. (El maleable todavía se usa en fundiciones delgadas donde el dúctil se enfría demasiado rápido y produce carburos.)

Al igual que el hierro fundido gris, el grafito es una parte importante de la microestructura del hierro dúctil. Sin embargo, el elemento nodulizador —como magnesio, cerio o telurio— da forma a las moléculas de grafito en esferas en lugar de escamas. Estas esferas se deslizan unas sobre otras en lugar de crear planos a lo largo de los cuales el hierro puede fracturarse. Los nódulos hacen el hierro dúctil más flexible y menos duro. Donde se necesita dureza superficial, se puede usar tratamiento térmico.

Tabla comparativa de propiedades

Elegir entre hierro dúctil y hierro fundido tradicional

El hierro dúctil es ligeramente más caro que el hierro gris pero es más barato y fácil de fundir que el acero. Generalmente se elige por sus propiedades mecánicas y valor. Como aleación menos frágil que el hierro fundido, se usa en aplicaciones donde la ductilidad y resistencia al impacto son útiles. Es mejor que el acero en amortiguación de vibraciones y rendimiento a compresión, aunque el hierro gris sigue siendo superior para amortiguación.

Los bolardos diseñados para resistencia al impacto a menudo usan hierro dúctil. Es la principal aleación de hierro usada para tuberías, especialmente las bajo presión. Las piezas dúctiles se encuentran en componentes automotrices, bombas y carcasas de cables donde es probable el impacto.

El hierro gris sigue siendo una aleación importante y bien usada para aplicaciones donde la fragilidad tradicional del hierro fundido no es un problema. Los artículos que no estarán expuestos a impacto en el curso regular del desgaste a menudo son de hierro fundido gris. Las sartenes de hierro fundido son usualmente hierro gris. Paisajismo duro, como rejillas para árboles, rejillas de zanja y tapas de registro son también a menudo hierro gris. La amortiguación de vibraciones superior hace del hierro gris una excelente base de máquina. También es la elección correcta para frenos o componentes de motor que no serán golpeados pero necesitarán lidiar con alta vibración.

Con cualquier proyecto, es importante hablar con un metalúrgico o ingeniero antes de elegir una aleación. Examinarán el estrés de trabajo en el componente y ayudarán a elegir materiales que puedan gestionar la aplicación de forma segura. Elegir hierro dúctil vs. hierro fundido a veces se reduce solo al valor. Otras veces, son las cualidades específicas de la aleación lo que se necesita.