Hierro Fundido: Tipos, Composición, Impurezas y su Impacto – Guía PDF

En este artículo aprenderás qué es el hierro fundido y los diferentes tipos de hierro fundido explicados con su composición, aplicación, ventajas y desventajas.

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Hierro Fundido

El hierro fundido se obtiene refundiendo arrabio con coque y piedra caliza en un horno conocido como cubilote. Es una aleación de hierro y carbono. El contenido de carbono en el hierro fundido varía del 1.7% al 4.5%. También contiene una cantidad muy pequeña de silicio, azufre, manganeso y fósforo.

El carbono está presente en las dos formas siguientes:

1. Carbono libre o grafito
2. Carbono combinado o cementita

A continuación se presentan las propiedades importantes del hierro fundido que lo hacen un material valioso para fines de ingeniería.

1. Bajo coste.
2. Buenas características de fundición.
3. Alta resistencia a la compresión.
4. Resistencia al desgaste.
5. Excelente mecanizabilidad.

La resistencia a la compresión del hierro fundido es mayor que la resistencia a la tracción.

A continuación se presentan los valores de los límites de rotura del hierro fundido:

1. Tracción – 100 a 200 N/mm²
2. Compresión – 400 a 1000 N/mm²
3. Cizallamiento – 120 N/mm²

Tipos de Hierro Fundido

A continuación se presentan los tipos de hierro fundido usados para fines de ingeniería:

1. Hierro fundido gris
2. Hierro fundido blanco
3. Hierro fundido enfriado (Chilled)
4. Hierro fundido jaspeado (Mottled)
5. Hierro fundido maleable
6. Hierro fundido nodular
7. Hierro fundido aleado

Hierro Fundido Gris

El hierro fundido gris comercial tiene las siguientes composiciones:

Consiste en Carbono – 3 a 3.5%, Silicio – 1 a 2.75%, Manganeso – 0.40 a 1%, Fósforo – 0.15 a 1%, Azufre – 0.02 a 0.15% y el resto es hierro.

El color gris se debe a que el carbono está presente como grafito libre. El hierro fundido gris puede mecanizarse fácilmente porque tiene alta resistencia a la compresión, baja resistencia a la tracción y ninguna ductilidad.

Una buena propiedad del hierro fundido gris es que el grafito libre en su estructura actúa como lubricante. Por esta razón, es altamente adecuado para piezas donde se desea acción de deslizamiento.

Las fundiciones de hierro gris se usan ampliamente para cuerpos de máquinas herramienta, tuberías y accesorios, bloques de cilindros de automóviles e implementos agrícolas.

Composición de hierro fundido gris: calidad de fundición – PDF

Hierro Fundido Blanco

El hierro fundido blanco muestra una fractura blanca y tiene las siguientes composiciones relativas:

Consiste en Carbono – 1.75 a 2.3%, Silicio – 0.85 a 1.2%, Manganeso – 0.10 a 0.40%, Fósforo – 0.05 a 0.20%, Azufre – 0.12 a 0.35%

Debido a que el carbono está en forma de cementita en los metales, ocurre el color blanco. La cementita es el elemento más duro del hierro y causa enfriamiento rápido del hierro fundido. El hierro fundido blanco tiene alta resistencia a la tracción y baja resistencia a la compresión, por lo tanto no puede mecanizarse.

Se utiliza para fundiciones inferiores y lugares donde se requiere recubrimiento duro, como la superficie exterior de ruedas de coche. En la producción de hierro fundido maleable y hierro forjado, el hierro fundido blanco también se usa como materia prima.

Hierro Fundido Enfriado (Chilled Cast Iron)

Es hierro fundido blanco producido por enfriamiento rápido de hierro fundido. El enfriamiento rápido se llama generalmente enfriado (chilling) y el hierro así producido se conoce como hierro enfriado. Todos los moldes de fundición tienen contacto del hierro fundido con arena fría en su piel exterior. Pero en la mayoría de las fundiciones, esta dureza penetra a muy poca profundidad (menos de mm).

A veces la fundición se enfría intencionalmente y a veces el enfriado ocurre accidentalmente a una profundidad considerable. El enfriado intencional se hace insertando insertos de hierro o acero en el molde. Cuando el metal fundido entra en contacto con el enfriador, su calor se conduce rápidamente y se forma la superficie dura.

Los enfriadores se usan en cualquier cara de la fundición que deba ser dura para resistir desgaste y fricción. El proceso de enfriado se usa en la fundición de rodillos para triturar granos y placas de trituradora de mandíbulas. La superficie de rodadura de ruedas de vagones ferroviarios también se enfría.

Hierro Fundido Jaspeado (Mottled Cast Iron)

Es un producto intermedio entre el hierro fundido gris y blanco en composición, color y propiedades. Se obtiene en fundiciones donde ciertas superficies de desgaste han sido enfriadas.

Hierro Fundido Maleable

El hierro fundido maleable se obtiene del hierro fundido blanco mediante un proceso de tratamiento térmico adecuado (recocido). El proceso de recocido separa el carbono combinado del hierro fundido blanco en nódulos de grafito libre.

El hierro fundido maleable es dúctil y puede doblarse sin romper o fracturar la sección. Su resistencia a la tracción es mayor que el hierro fundido gris y tiene excelentes cualidades de mecanizado.

Se usa para fabricar piezas de máquinas para las que las forjas de acero serían costosas y deben tener un grado razonable de precisión del metal.

Ejemplo: bujes de ruedas de vagones, accesorios pequeños para material rodante ferroviario, soportes de freno, partes de maquinaria agrícola, accesorios de tubería, bisagras de puertas, cerraduras, etc.

Hierro Fundido Nodular

También se conoce como hierro fundido dúctil, grafito esferoidal (G.S.) o hierro fundido de alta resistencia. El hierro fundido nodular se produce añadiendo magnesio al hierro fundido fundido. El magnesio convierte el grafito del hierro fundido de forma laminar a forma esférica o nodular.

De esta manera, las propiedades mecánicas mejoran considerablemente. El hierro fundido nodular se comporta como acero. Se usa usualmente para fundiciones que resisten presión, cilindros hidráulicos, culatas, rodillos para laminador y productos fundidos centrífugamente.

Hierro Fundido Aleado

El hierro fundido discutido anteriormente se llama hierros fundidos comunes. El hierro fundido aleado se produce añadiendo elementos como níquel, cromo, molibdeno, cobre, silicio y manganeso.

Estas aleaciones dan mayor resistencia y resultan en propiedades elementales mejoradas.

El hierro fundido aleado tiene,

1. Carbono – 0.02%
2. Silicio – 0.15%
3. Manganeso – 0.03%
4. Fósforo – 0.12%
5. Azufre – 0.02%
6. Escoria – 3% (en peso) y el resto es hierro.

Efecto de las Impurezas en el Hierro Fundido

Hemos discutido que el hierro fundido contiene pequeños porcentajes de silicio, azufre, manganeso y fósforo. El efecto de estas impurezas en el hierro fundido es el siguiente:

1. Silicio
2. Azufre
3. Manganeso
4. Fósforo

Silicio

Presente en hierro fundido hasta 4%. El silicio promueve la formación de grafito libre que hace el hierro blando y fácilmente mecanizable. El silicio produce fundiciones sanas libres de sopladuras en el material debido a su alta afinidad por el oxígeno.

Azufre

Hace el hierro fundido duro y quebradizo. Dado que demasiado azufre da fundiciones insanas, por lo tanto, debe mantenerse bien por debajo del 0.1% para la mayoría de propósitos de fundición.

Manganeso

El manganeso hace el hierro fundido blanco y duro. A menudo se mantiene por debajo del 0.75%. Esto ayuda a controlar la influencia sobre el efecto nocivo del azufre.

Fósforo

Ayuda a la fusibilidad y fluidez en el hierro fundido pero causa fragilidad. Rara vez se permite exceder el 1%. Los hierros fosfóricos son útiles para fundiciones de diseño intrincado y para muchas fundiciones de ingeniería ligera cuando la economía es esencial.

Propiedades

A continuación se presentan las propiedades del hierro fundido:

1. El hierro fundido tiene buena resistencia a la corrosión, por lo que puede usarse para tuberías de agua, etc.
2. No se atrae por un imán.
3. El punto de fusión es de aproximadamente 1250 °C.
4. Tiene una gravedad específica de 7.5.
5. El hierro fundido contiene resistencia a la tracción de aproximadamente 150 N/mm² y la resistencia a la compresión es de aproximadamente 600 N/mm². Por lo tanto, es bueno en compresión.
6. Se vuelve blando cuando se mantiene en agua salada y se contrae al enfriarse.
7. El hierro fundido puede no ser útil para forja debido a la falta de plasticidad.

Ventajas del Hierro Fundido

1. Tiene buena mecanizabilidad y propiedades de fundición.
2. El hierro fundido tiene buena resistencia al desgaste y buen amortiguamiento de vibraciones.
3. Puede soportar mayores cargas y tiene un buen grado de resistencia contra la corrosión.
4. El hierro fundido tiene baja resistencia a la tracción y propiedades de elongación.
5. Puede darse cualquier forma y tamaño complicado sin usar operaciones de mecanizado costosas.
6. El hierro fundido está disponible a bajo coste y tiene baja durabilidad.

Desventajas del Hierro Fundido

1. El hierro fundido tiene mala resistencia a la tracción.
2. Las piezas de hierro fundido son sensibles a la sección, debido al enfriamiento lento de secciones gruesas.
3. El fallo de sus piezas es repentino y total, no refleja el punto de fluencia.
4. Comparado con el acero tiene mala mecanizabilidad.
5. El hierro fundido tiene alta fragilidad.

Aplicaciones del Hierro Fundido

1. Se usa en la fabricación de tuberías y para transportar fluidos adecuados.
2. El hierro fundido se usa para fabricar diversas máquinas.
3. Usado para fabricar piezas de automóviles.
4. Para construir anclas de barcos se usa hierro fundido.
5. El hierro fundido también se usa para fabricar utensilios de cocina como ollas, sartenes y utensilios.

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