Hierro dúctil

Las fundiciones de hierro dúctil tienen muchas ventajas

El hierro dúctil, también conocido como hierro esferoidal o nodular, es en realidad un grupo de hierros que exhiben alta resistencia, flexibilidad, durabilidad y elasticidad debido a su microestructura única. El hierro dúctil fundido normalmente contiene más del 3 por ciento de carbono; se puede doblar, torcer o deformar sin fracturarse. Sus propiedades mecánicas son similares al acero y superan con creces las de los hierros fundidos estándar.

Fundiciones de hierro dúctil son objetos de metal sólido que resultan del hierro dúctil fundido que se vierte en los huecos de un molde. Posteriormente, el hierro dúctil se enfría y se solidifica en la forma del vacío que ocupa.

¿Qué es el hierro dúctil?

Inventado en 1943, el hierro dúctil es una versión moderna del hierro fundido. El hierro fundido y el hierro dúctil tienen propiedades físicas contrastantes causadas por diferencias en sus microestructuras.

El grafito y el carbono contenidos en el hierro fundido se presentan como escamas; El hierro fundido exhibe capacidades de carga de compresión positivas, pero la carga de tracción por encima de su resistencia a la tracción natural puede provocar la formación de grietas y propagarlas rápidamente desde los puntos de tensión dentro de la microestructura de grafito en escamas. Como resultado, el hierro fundido prácticamente no tiene alargamiento. Es un material quebradizo y, por lo tanto, su uso está limitado en aplicaciones de carga de tracción y de choque.

El grafito dentro del hierro dúctil se presenta como esferoides, por lo que a veces se lo denomina grafito esferoidal . Del mismo modo, el término hierro nodular proviene del hecho de que el carbono contenido en el hierro dúctil se mantiene en forma de nódulos. Esta microestructura única hace que el hierro dúctil resista la flexión y las cargas de impacto mucho mejor que el hierro fundido tradicional.

¿De qué está hecho el hierro dúctil?

Si bien el hierro dúctil se puede producir a partir de acero o chatarra de hierro, el arrabio es la principal fuente de alimentación para la mayoría de las fundiciones de hierro dúctil modernas. Arrabio se refiere a la producción primaria de hierro de un alto horno que contiene más del noventa por ciento de hierro.

El término "arrabio" surgió del antiguo método de fundición de hierro de alto horno en moldes dispuestos en lechos de arena de tal manera que pudieran alimentarse desde un canal común. Debido a que los grupos de moldes se asemejaban a una camada de lechones, las piezas individuales de hierro se denominaron "cerdos" y el corredor se denominó cerda. Los cerdos modernos se producen mediante máquinas de colada continua de cerdos.

El arrabio se utiliza en la producción de hierro dúctil como fuente primaria de hierro puro. Ofrece una serie de ventajas únicas:el arrabio contiene pocos elementos residuales o nocivos, tiene una química consistente, promueve condiciones óptimas de escoria y mejora el control del proceso al proporcionar propiedades de carga consistentes. La demanda de arrabio ha aumentado en los últimos años a medida que las fundiciones de hierro dúctil utilizan sus ventajas sobre las fuentes alternativas de hierro, como la chatarra de hierro o la fundición de chatarra de acero y la adición de carbono.

Ventajas de la fundición dúctil

Hay varias ventajas que el hierro dúctil proporciona a los diseñadores:

1. El hierro dúctil se puede moldear y mecanizar fácilmente.
2. Tiene una excelente relación fuerza-peso.
3. El hierro dúctil se puede fabricar a un costo mucho menor que el acero.
4. Tiene una moldeabilidad y maquinabilidad superiores.
5. El hierro dúctil proporciona al diseñador una combinación excepcional de dureza, fabricación de bajo costo y confiabilidad.

Propiedades del hierro dúctil

Para crear diferentes grados de hierro dúctil, se debe controlar la estructura de la matriz alrededor del grafito durante el proceso de fundición o mediante el tratamiento térmico posterior. Las pequeñas diferencias de composición entre los diferentes grados de hierro dúctil existen para crear la matriz deseada (microestructuras).

El hierro dúctil se puede considerar como acero con esferoides de grafito dispersos en toda su matriz. Las cualidades de la matriz metálica en la que se suspenden los esferoides de grafito tienen un efecto significativo en las propiedades del hierro dúctil, pero los esferoides de grafito en sí mismos no.

Hay varias matrices que se encuentran dentro del hierro dúctil, siendo las más comunes;

1. Ferrita – un hierro puro, dúctil, flexible y de poca resistencia. Esta matriz tiene poca resistencia al desgaste, pero alta resistencia al impacto y buena maquinabilidad.
2. Perlita – una mezcla mecánica de ferrita y carburo de hierro (Fe₃ C). Es relativamente duro, con ductilidad moderada. Tiene alta resistencia, buena resistencia al desgaste, moderada resistencia al impacto y buena maquinabilidad.
3. Perlita/Ferrita – una estructura que consiste en una mezcla de perlita y ferrita, y la matriz más común para grados comerciales de hierro dúctil.

Calidades comunes de hierro dúctil

Si bien existen muchas especificaciones diferentes de hierro dúctil, las fundiciones ofrecen habitualmente 3 grados comunes;

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

ASTM A536, GRADO 60-40-18

ASTM A536, GRADO 65-45-12

ASTM A536, GRADO 80-55-06

Resistencia a la tracción, min, psi

60.000

65.000

80.000

Resistencia a la tracción, min, MPa

414

448

552

Límite elástico, min, psi

40.000

45.000

55.000

Límite elástico, min, MPa

276

310

379

Alargamiento en 2 pulgadas o 50 mm, % mínimo

18

12

6

Densidad lb/in3

0.256

0.256

0.256

Densidad g/cm3

7.1

7.1

7.1

Temperatura de fusión (grados F)

2100 – 2190

2100 – 2190

2100 – 2190

Temperatura de fusión (grados C)

1150 – 1200

1150 – 1200

1150 – 1200

Resistencia a la compresión Ksi

429

429

429

Resistencia a la compresión MPa

2960

2960

2960

SNU

F32800

F33100

F33800

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

ASTM A536, GRADO 60-40-18

Resistencia a la tracción, min, psi

60.000

Resistencia a la tracción, min, MPa

414

Límite elástico, min, psi

40.000

Límite elástico, min, MPa

276

Alargamiento en 2 pulgadas o 50 mm, % mínimo

18

Densidad lb/in3

0.256

Densidad g/cm3

7.1

Temperatura de fusión (grados F)

2100 – 2190

Temperatura de fusión (grados C)

1150 – 1200

Resistencia a la compresión Ksi

429

Resistencia a la compresión MPa

2960

SNU

F32800

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

ASTM A536, GRADO 65-45-12

Resistencia a la tracción, min, psi

65.000

Resistencia a la tracción, min, MPa

448

Límite elástico, min, psi

45.000

Límite elástico, min, MPa

310

Alargamiento en 2 pulgadas o 50 mm, % mínimo

12

Densidad lb/in3

0.256

Densidad g/cm3

7.1

Temperatura de fusión (grados F)

2100 – 2190

Temperatura de fusión (grados C)

1150 – 1200

Resistencia a la compresión Ksi

429

Resistencia a la compresión MPa

2960

SNU

F33100

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

ASTM A536, GRADO 80-55-06

Resistencia a la tracción, min, psi

80.000

Resistencia a la tracción, min, MPa

552

Límite elástico, min, psi

55.000

Límite elástico, min, MPa

379

Alargamiento en 2 pulgadas o 50 mm, % mínimo

6

Densidad lb/in3

0.256

Densidad g/cm3

7.1

Temperatura de fusión (grados F)

2100 – 2190

Temperatura de fusión (grados C)

1150 – 1200

Resistencia a la compresión Ksi

429

Resistencia a la compresión MPa

2960

SNU

F33800

Aplicaciones de hierro dúctil

El hierro dúctil tiene mayor resistencia y ductilidad que el hierro gris. Esas propiedades permiten que se use de manera efectiva en una amplia variedad de aplicaciones industriales, incluidas tuberías, componentes automotrices, ruedas, cajas de engranajes, carcasas de bombas, estructuras de máquinas para la industria de la energía eólica y muchas más. Debido a que no se fractura como el hierro gris, el hierro dúctil también es seguro para usar en aplicaciones de protección contra impactos, como bolardos.

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Fuentes

• ASTM Internacional. "Especificación estándar para fundiciones de hierro dúctil".
• Sociedad de hierro dúctil. "Datos de hierro dúctil para ingenieros de diseño".
• Sorelmetal. "La familia del hierro dúctil".