hierro flexible? Hierro dúctil versus hierro fundido

Cómo eligen los ingenieros una aleación para fundiciones de metal

Al elegir una aleación de hierro para una fundición, un metalúrgico considera el presupuesto, las propiedades mecánicas requeridas y los pasos posteriores a la fundición, como el mecanizado y el tratamiento térmico. Estos requisitos deciden qué aleación usar. En estos días, la elección más importante es entre hierro dúctil o hierro fundido.

Técnicamente, "hierro fundido" sugiere aleaciones de hierro que se moldean en una fundición. El hierro dúctil es una de esas aleaciones. Sin embargo, la dúctil es relativamente nueva en la escena, con propiedades mecánicas únicas que la distinguen de las otras aleaciones de hierro. Esta diferencia significa que el "hierro fundido" generalmente especifica aleaciones de hierro gris o blanco que han sido parte de la orfebrería 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 las fundiciones ferrosas. Es mucho menos quebradizo 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 durante un período muy largo. Las condiciones en el tratado térmico deben estar muy controladas. Cuando se termina el hierro maleable, es mucho menos quebradizo. Maleable todavía se usa para fundiciones pequeñas y delgadas donde la ductilidad es menos exitosa.
• Hierro fundido blanco:esta aleación se enfría más rápidamente que otros hierros fundidos y produce una molécula llamada cementita en su red. Es una aleación quebradiza pero tiene excelente dureza y resistencia a la abrasión. A menudo se usa en rodamientos 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 las personas usan el término, es probable que se trate de la aleación. A diferencia del hierro fundido blanco, el hierro gris tiene una microestructura grafítica. Tiene una excelente capacidad de amortiguación de vibraciones y una gran maquinabilidad.

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

¿Cuáles son las diferencias entre el hierro dúctil y el hierro fundido?

El hierro dúctil es menos quebradizo 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 hace que gestione bien el desgaste superficial. El hierro gris también es mejor para amortiguar las vibraciones. Las diferencias se deben a las microestructuras del grafito dentro de estas aleaciones de hierro.

El hierro fundido gris tiene entre 2,5 y 4 % de carbono y entre 1 y 3 % de silicio en peso. El silicio de la aleación es necesario para estabilizar las moléculas de grafito que dan sus propiedades a la fundición gris. Sin embargo, este silicio solo es efectivo para soportar y mantener el grafito si el metal no sufre un choque térmico mientras se enfría. Un enfriamiento muy rápido conducirá a la formación de cementita y convertirá el hierro gris en hierro blanco, incluso con silicio en la mezcla. En la fundición gris, las escamas de grafito están incrustadas en la superficie y son visibles en la fundición gris muy pulida.

El hierro fundido dúctil tiene de 3,2 a 3,6 % de carbono, de 2,2 a 2,8 % de silicio y un pequeño porcentaje de un “elemento nodulizante”. Descubierto en 1943, el hierro dúctil tenía muchas de las mismas propiedades que el hierro maleable, solo que tenía estas propiedades directamente del molde. El tratamiento térmico prolongado y técnico necesario para fabricar hierro fundido maleable lo hizo más costoso y propenso a errores. Ductile era una solución obvia. (Maleable todavía se usa en fundiciones delgadas donde 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 nodulizante, como el magnesio, el cerio o el telurio, da forma a las moléculas de grafito en esferas en lugar de escamas. Estas esferas se deslizan entre sí en lugar de crear planos a lo largo de los cuales el hierro pueda fracturarse. Los nódulos hacen que el hierro dúctil sea más flexible y menos duro. Cuando se necesita dureza superficial, se puede utilizar un tratamiento térmico.

 

HIERRO DÚCTIL (ASTM A536)

HIERRO GRIS (ASTM 40)

HIERRO BLANCO

HIERRO FUNDIDO MALEABLE (HIERRO FUNDIDO BLANCO, RECOCIDO)

Castabilidad

Moldeabilidad estándar:mucho más fácil que la fundición de acero

Límite elástico

50k psi

—

—

33k psi

% de elongación

18

0.5

0

12

Resistencia a la tracción

72k psi

40-50 mil psi

25 mil psi

52 mil psi

Dureza [Brinell]

130-217

260

450

130

Resistencia a la corrosión

Se oxidará, pero puede desarrollar una pátina protectora en ambientes exteriores.

Expansión térmica 20C

6,46*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

6,46*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

5,0*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

6,6*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

Amortiguación relativa
(proporción logarítmica de amplitud sucesiva)

5-20*10 ⁴

20-500*10 ⁴

2-4*10 ⁴

8-15*10 ⁴

Coste

$$

$

$

$$$

Maquinabilidad

Medio

Bien

Bien

Medio

Soldabilidad

Bajo-Medio dependiendo del procedimiento

Medio

No soldable

La soldadura es posible, pero convierte parte del hierro maleable en hierro gris

HIERRO DÚCTIL (ASTM A536)

Castabilidad

Moldeabilidad estándar:mucho más fácil que la fundición de acero

Límite elástico

50k psi

% de elongación

18

Resistencia a la tracción

72k psi

Dureza [Brinell]

130-217

Resistencia a la corrosión

Se oxidará, pero puede desarrollar una pátina protectora en ambientes exteriores.

Expansión térmica 20C

6,46*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

Amortiguación relativa (proporción logarítmica de amplitud sucesiva)

5-20*10 ⁴

Coste

$$

Maquinabilidad

Medio

Soldabilidad

Bajo-Medio dependiendo del procedimiento

HIERRO GRIS (ASTM 40)

Castabilidad

Moldeabilidad estándar:mucho más fácil que la fundición de acero

Límite elástico

—

% de elongación

0.5

Resistencia a la tracción

40-50 mil psi

Dureza [Brinell]

260

Resistencia a la corrosión

Se oxidará, pero puede desarrollar una pátina protectora en ambientes exteriores.

Expansión térmica 20C

6,46*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

Amortiguación relativa (proporción logarítmica de amplitud sucesiva)

20-500*10 ⁴

Coste

$

Maquinabilidad

Bien

Soldabilidad

Medio

HIERRO BLANCO

Castabilidad

Moldeabilidad estándar:mucho más fácil que la fundición de acero

Límite elástico

—

% de elongación

0

Resistencia a la tracción

25 mil psi

Dureza [Brinell]

450

Resistencia a la corrosión

Se oxidará, pero puede desarrollar una pátina protectora en ambientes exteriores.

Expansión térmica 20C

5,0*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

Amortiguación relativa (proporción logarítmica de amplitud sucesiva)

2-4*10 ⁴

Coste

$

Maquinabilidad

Bien

Soldabilidad

No soldable

HIERRO FUNDIDO MALEABLE (HIERRO FUNDIDO BLANCO, RECOCIDO)

Castabilidad

Moldeabilidad estándar:mucho más fácil que la fundición de acero

Límite elástico

33k psi

% de elongación

12

Resistencia a la tracción

52 mil psi

Dureza [Brinell]

130

Resistencia a la corrosión

Se oxidará, pero puede desarrollar una pátina protectora en ambientes exteriores.

Expansión térmica 20C

6,6*10 ^-6
pulg/(pulg* ºF)

Amortiguación relativa (proporción logarítmica de amplitud sucesiva)

8-15*10 ⁴

Coste

$$$

Maquinabilidad

Medio

Soldabilidad

La soldadura es posible, pero convierte parte del hierro maleable en hierro gris

Elegir entre hierro dúctil y hierro fundido tradicional

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

Los bolardos diseñados para resistir impactos a menudo usan hierro dúctil. Es la principal aleación de hierro utilizada para tuberías, especialmente aquellas bajo presión. Las piezas dúctiles se pueden encontrar en componentes de automóviles, bombas y cubiertas de cables donde es probable que se produzcan impactos.

El hierro gris sigue siendo una aleación importante y bien utilizada para aplicaciones en las que la fragilidad del hierro fundido tradicional no es un problema. Los artículos que no estarán expuestos a impactos en el curso normal del uso a menudo están hechos de hierro fundido gris. Las sartenes de hierro fundido suelen ser de hierro gris. Las superficies duras, como las rejillas para árboles, las rejillas para zanjas y las tapas de alcantarillas, también suelen ser de hierro gris. La amortiguación de vibraciones superior hace que el hierro gris sea una base excelente para la máquina. También es la elección correcta para los frenos o los componentes del motor que no serán golpeados pero que tendrán que lidiar con altas vibraciones.

Con cualquier proyecto, es importante hablar con un metalúrgico o ingeniero antes de elegir una aleación. Examinarán la tensión de trabajo en el componente y ayudarán a elegir materiales que puedan manejar la aplicación de manera segura. Elegir hierro dúctil versus hierro fundido a veces puede reducirse a valor. Otras veces, lo que se necesita son las cualidades específicas de la aleación.