Hierro fundido 101: Composición, usos, pros y contras explicados

En este artículo, aprenderás la definición, aplicaciones, propiedades, composición y tipos de hierro fundido. También conocerás las ventajas y desventajas del hierro fundido.

¿Qué es el hierro fundido?

Hierro fundido es un grupo de aleaciones de carbono que contiene 2 a 4% de carbono y una cantidad variable de sílice y manganeso. También contiene impurezas como fósforo y azufre. Se produce reduciendo mineral de hierro en un alto horno y su material primario es arrabio producido a partir de mineral de hierro fundido en un horno. Este hierro se hace directamente de arrabio fundido o por refundición de arrabio, a menudo junto con cantidades sustanciales de hierro, caliza, acero o coque.

Puede fundirse en un tipo especial de alto horno llamado Cupola pero más a menudo se funde en hornos de inducción eléctrica o hornos de arco eléctrico.

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Como se mencionó antes, el hierro fundido se produce de arrabio, caliza y coque. Su proceso de fabricación tiene lugar en un horno cupola por refundición de esos tres materiales. El horno cupola es más o menos lo mismo que el alto horno. Es cilíndrico en forma y tiene un diámetro de aproximadamente 1m y una altura de aproximadamente 5m. Los materiales se vierten desde la parte superior del horno y luego se calientan. En este punto, las impurezas del arrabio se eliminan en cierta medida por oxidación que forma el hierro fundido. La escoria se elimina luego de la parte superior del hierro fundido a intervalos regulares. El hierro fundido se vierte luego en un molde para formar las formas requeridas.

Aplicaciones del hierro fundido

Las aplicaciones del hierro fundido son comunes en el mundo de la ingeniería como ingeniería mecánica, obra de construcción, taller de madera, etc. Los siguientes explicados abajo son aplicaciones del hierro fundido.

Una de sus aplicaciones es para fundición ornamental como puertas, farolas, soportes, una columna de hierro para pequeña cobertura.

Se usa para miembro a compresión.

Sus aplicaciones incluyen la producción de cisternas, tuberías de agua, tuberías de gas, alcantarillas, accesorios sanitarios y tapas de registro.

El hierro fundido se usa para fabricar cadenas de ferrocarril, ruedas de carruaje, etc.

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Aplicaciones comunes de tipos de hierro fundido incluyen:

• Hierro gris: Capaz de resistir desgaste, por eso se usa para producir bloques de motor y culatas, colectores, engranajes de quemadores de gas, recintos y carcasas.
• Hierro blanco: Material frágil debido al proceso de enfriamiento rápido usado en su producción. Por eso el hierro blanco se usa en aplicaciones que requieren resistencia al desgaste y abrasión como boquillas de granallado, revestimientos de molinos, zapatas de freno ferroviario, rodillos de laminación, carcasas de bombas de lodo y trituradoras.
• Hierro dúctil: Sus aplicaciones son tan vastas porque pueden desglosarse en diferentes grados. El material se puede mecanizar fácilmente, tiene buena fatiga y resistencia a la fluencia, y también buena resistencia al desgaste. Se usa para fabricar nudos de dirección, cigüeñales, engranajes de servicio pesado, componentes de suspensión automotriz, componentes hidráulicos y bisagras de puertas de automóvil.
• Hierro maleable: También de diferentes grados. Tiene la capacidad de retener y almacenar lubricantes, partículas de desgaste no abrasivas, y la superficie porosa que atrapa otros desechos abrasivos. Por esto, el hierro maleable se usa para superficies de cojinetes de servicio pesado, cadenas, piñones, bielas, componentes de tren de transmisión y ejes, y material rodante ferroviario.

Propiedades mecánicas del hierro fundido

A continuación están las propiedades mecánicas del hierro fundido:

• Dureza – Resistencia del material a la abrasión e indentación
• Tenacidad – Capacidad del material para absorber energía
• Ductilidad – Capacidad del material para deformarse sin fractura
• Elasticidad – Capacidad del material para volver a sus dimensiones originales después de ser deformado
• Maleabilidad – Capacidad del material para deformarse bajo compresión sin romperse
• Resistencia a la tracción – Mayor esfuerzo longitudinal que un material puede soportar sin romperse
• Resistencia a la fatiga – Mayor esfuerzo que un material puede soportar por un número dado de ciclos sin romperse.

Otros elementos de aleación se añaden para producir:

• Manganeso: Aumenta resistencia al desgaste y abrasiones
• Cromo: Aumenta templabilidad, resistencia al desgaste, corrosión y oxidación
• Níquel: Aumenta resistencia a la tracción
• Tungsteno: Aumenta dureza en caliente y resistencia en caliente
• Molibdeno: Aumenta templabilidad
• Vanadio: Aumenta templabilidad y dureza en caliente
• Silicio: Aumenta templabilidad y resistividad eléctrica
• Aluminio: Funciona como desoxidante en acero
• Titanio: Funciona como desoxidante en acero
• Niobio: Reduce templabilidad y aumenta ductilidad, resultando en mayor resistencia al impacto
• Cobalto: Reduce templabilidad y resiste ablandamiento a temperaturas elevadas

Tipos de hierro fundido

Hierro Gris:

Estos tipos de hierro fundido son grisáceos en apariencia, causados por su microestructura grafitica que lleva a fracturas de ese color. Tiene menor resistencia a la tracción y resistencia que el acero y su resistencia a la compresión es comparable a acero de bajo y medio carbono. Estos se basan en el tamaño y forma de las láminas de grafito presentes en la microestructura en el hierro fundido.

Hierro Blanco:

El hierro blanco muestra superficies fracturadas blancas porque contiene un carburo de hierro que se llama "cementita". Debido a bajo contenido de silicio y mayor velocidad de enfriamiento. El carbono en el hierro blanco fundido precipita y permite que se funda como fase metaestable cementita, Fe3C, en lugar de grafito. La cementita precipita del fundido como partículas relativamente grandes. A medida que el carburo de hierro precipita, retira carbono del fundido original, moviendo la mezcla hacia una más cercana a la eutéctica, y la fase restante es el austenita de hierro-carbono inferior (que al enfriar podría transformarse a martensita).

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Hierro Maleable:

El proceso de hierro maleable comienza siendo fundición blanca que se calienta a unos 950°C (1,740°F) y luego se enfría por uno o dos días, el carbono en el carburo de hierro entonces cambia a grafito y ferrita más carbono (austenita). El proceso lento permite que la tensión superficial forme el grafito en partículas esferoidales en lugar de láminas.

Hierro Dúctil:

Estos tipos de hierro fundido también se conocen como nódular o hierro dúctil. Fue desarrollado en 1948. Los tipos dúctiles de hierro fundido tienen grafito en forma de nódulos muy pequeños con el grafito en forma de capas concéntricas formando los nódulos. Las propiedades de estos hierros dúctiles son que acero esponjoso con el efecto de concentración de esfuerzo que las láminas de grafito producirían – pequeñas cantidades de 0.02 a 0.1% de magnesio, y solo 0.02 a 0.4% de cerio añadido a estas aleaciones ralentizan el crecimiento de precipitados de grafito uniéndose a los bordes de los planos de grafito.

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Ventajas y desventajas del hierro fundido

Ventajas:

A continuación están los beneficios del hierro fundido en sus diversas aplicaciones:

• Buenas propiedades de fundición.
• Disponible en grandes cantidades.
• Bajo coste del material.
• Buena maquinabilidad para hierro gris fundido.
• Buena sensibilidad.
• Excelente resistencia al desgaste.
• Propiedades mecánicas constantes entre 20 a 350 grados Celsius.
• Alta durabilidad.
• Resistencia a la deformación.

Desventajas:

A pesar de las buenas ventajas de este material, algunas limitaciones aún ocurren. A continuación están las desventajas del hierro fundido en sus diversas aplicaciones:

• Mala resistencia a la tracción.
• Propenso a oxidación.
• Los materiales son sensibles a la sección, debido al enfriamiento lento de secciones gruesas.
• Alta fragilidad.
• El hierro blanco fundido no se puede mecanizar.
• No exhibe punto de fluencia.

Esto es todo por este artículo, donde se discuten la definición, aplicaciones, propiedades, composición y tipos de hierro fundido. También aprendiste las ventajas y desventajas del hierro fundido. ¡Espero que saques suficiente de este post, si es así, comparte con otros estudiantes! ¡Gracias por leer, nos vemos la próxima vez!