Fundición de Hierro y Carbono: clasificación, propiedades y control de composición

Fundición: Conceptos Fundamentales

La fundición es una aleación de Hierro y Carbono (Fe/C) cuyo contenido de carbono oscila entre 1,7% y 6,67%.

Características del Proceso de Fabricación

• Las piezas se obtienen exclusivamente por colada (vaciado).
• No son sometibles a trabajos de deformación (no son dúctiles o maleables, incluso a altas temperaturas).

Métodos de Obtención (Hornos)

Las fundiciones se pueden obtener en:

• Horno Cubilote
• Horno de Reverbero
• Horno Eléctrico

Materias Primas (M.P.)

• Arrabio
• Chatarra

Con el agregado de aleaciones específicas, se obtienen las Fundiciones Aleadas.

Clasificación de la Fundición

Clasificación 1: Por Contenido de Carbono

• Fundición Hipoeutéctica (Hipo): 1,7% a 4,3% de Carbono.
• Fundición Eutéctica (Eutec): 4,3% de Carbono.
• Fundición Hipereutéctica (Hiper): 4,3% a 6,67% de Carbono.

Clasificación 2: Por Microestructura

• Fundición Blanca: Se rige por el Diagrama Metaestable (compuesta por ferrita y cementita).
• Fundición Gris: Se rige por el Diagrama Estable (compuesta por ferrita y grafito).
• Fundición Atruchada: Presenta características de ambos diagramas (ferrita, grafito y cementita). Nota: Este tipo no tiene uso práctico generalizado.

Propiedades Clave de la Fundición Gris

• Resistencia a la tracción y a la compresión elevadas.
• Deformación nula (baja ductilidad).
• Buena resistencia al desgaste.
• Buen coeficiente de rozamiento con el acero.
• Alta capacidad de absorción de vibraciones (amortiguamiento).
• Menor punto de fusión.
• Generalmente, las piezas fundidas son más baratas que las de acero.
• Fabricación más sencilla, aunque las instalaciones iniciales pueden ser más costosas.

Factores que Determinan la Formación de Fundición Gris o Blanca

Velocidad de Enfriamiento (Venf.)

• Mayor Velocidad de Enfriamiento (+Venf.): Tendencia a la Fundición Blanca.
• Menor Velocidad de Enfriamiento (-Venf.): Tendencia a la Fundición Gris.

La velocidad de enfriamiento depende de:

• El espesor de la pieza.
• El material del molde (arena o metálico).

Composición Química

• Elementos Grafitizantes: Favorecen la formación de grafito (elevados contenidos de Carbono y Silicio).
• Elementos Carbonizantes: Tienden a la formación de Fundición Blanca.
  • Si (Manganeso + Fósforo) > 1,2% → Fundición Blanca.
  • Si Fósforo > 0,7% → Fundición Blanca.

En general, para obtener Fundición Gris, se debe regular la composición química en función del espesor de la pieza. Para la Fundición Gris, se recomienda que la suma de Carbono y Silicio sea superior al 4% (C + Si > 4%).

Influencia de Elementos Aleantes y Trazas (Fósforo, Azufre y Manganeso)

En general, estos elementos tienen una acción opuesta a la del Silicio (Si), que es un catalizador grafitizante.

Fósforo (P)

• Disminuye el punto de fusión.
• Favorece la colabilidad, siendo útil para piezas de geometría complicada.
• Se opone a la grafitización.
• Se utiliza para piezas de alta resistencia (P < 0,15%) y para mejorar la colabilidad (P entre 0,15% y 0,50%).

Azufre (S)

• Es una impureza que se admite hasta el 0,12% en fundiciones comunes.
• Forma Sulfuro de Hierro (FeS) y provoca el blanqueo en el centro de la pieza.
• Si se combina con el Manganeso (Mn), tiene poca influencia en la grafitización.

Manganeso (Mn)

• Se opone a la grafitización (aumenta la dureza, pero puede disminuir la mecanizabilidad).
• Su tarea principal es neutralizar el azufre.
• Se recomienda agregar Manganeso en una proporción de 1,7 veces el contenido de azufre para neutralizar su acción perjudicial, formando Sulfuro de Manganeso (SMn).