Fundición de Metales y Hierro Fundido: Propiedades, Tipos y Procesos de Moldeo

Propiedades Ingenieriles y Clasificación de Materiales Fundidos

Propiedades Ingenieriles Clave

• Absorción de vibraciones: Característica destacada en el Hierro Gris (Fe gris).
• Maquinabilidad: Facilidad para ser mecanizado.
• Antifricción: Propiedad presente en el Hierro Gris y Blanco.
• Direccionalidad.
• Amplio espectro químico.

Materiales Fundidos

Materiales Ferrosos

• Aceros: Aceros al Carbono (C) y aleados.
• Hierro Fundido: Fundiciones blancas, maleables, grises y nodulares.

Materiales No Ferrosos

• Aluminio (Al), Magnesio (Mg), Cobre (Cu), Aleaciones Cobre-Zinc (Cu-Zn), Cobre-Estaño (Cu-Sn), Níquel (Ni), Zinc (Zn).

Reacciones Eutécticas en la Fundición

Las reacciones eutécticas definen la microestructura y el tipo de hierro fundido resultante, influenciadas por la velocidad de enfriamiento y los tratamientos térmicos posteriores.

• Líquido (L) a Austenita + Cementita:
  • Mayor velocidad de enfriamiento.
  • Reacción eutéctica metaestable.
  • Base para la transformación de Hierro Blanco a Maleable mediante tratamientos térmicos.
• Líquido (L) a Austenita + Grafito:
  • Menor velocidad de enfriamiento.
  • Reacción eutéctica estable.
  • Base para la transformación de Hierro Gris a Nodular o Dúctil mediante tratamientos térmicos.

Tipos de Hierro Fundido: Propiedades y Aplicaciones

Hierro Blanco (Fe Blanco)

• Microestructura: Superficie de fractura brillante debido a la cementita proeutectoide.
• Propiedades: Muy duro, alta resistencia al desgaste, pero presenta fragilidad.
• Aplicaciones: Partes sometidas a abrasión, componentes agrícolas y de ferrocarriles.
• Imagen característica: Perlita en matriz de cementita.

Hierro Gris (Fe Gris)

• Microestructura: Matriz perlítica o ferrítica con hojuelas de grafito.
• Propiedades: Baja resistencia a la tensión (debido a las hojuelas de grafito), alta resistencia al desgaste, buena maquinabilidad, excelente absorción de vibraciones.
• Aspecto: Superficie opaca y gris (grafito).
• Imagen característica: Grafito en forma de hojuelas o lombrices.

Hierro Maleable (Fe Maleable)

• Origen: Proviene del Hierro Blanco tras tratamientos térmicos que liberan el grafito.
• Microestructura: Ferrítico o perlítico.
• Propiedades: Maleabilidad, maquinabilidad, ductilidad, menor resistencia que otros hierros fundidos.
• Aplicaciones: Engranajes.
• Imagen característica: Ferrítico (manchas en grietas), Perlítico (manchas en líneas).

Hierro Nodular o Dúctil (Fe Nodular)

• Microestructura: Grafito libre y más redondo, dispuesto en nódulos.
• Propiedades: Mejor ductilidad, resistencia al impacto, maleable, anticorrosivo. Es más costoso.
• Aplicaciones: Engranajes, tuberías.
• Imagen característica: Perlítico (círculos en líneas), Ferrítico (círculos en grietas).

Procesos de Moldeo y Fundición

Tipos de Moldeo

Moldeo en Arena

• Moldeo en Arena Verde y Seca: Compuesta por arena + aglomerante (arcilla) + agua + aditivos.
• Moldeo en Cemento: Utiliza un 8-12% de cemento como aglomerante.

Moldeo Especializado

• Moldeo en Cáscara (Shell Molding): Utiliza arena silícea + resina ligante + catalizador.
• Moldeo con Yeso.
• Modelos Permanentes.
• Fundición Inyectada a Presión.
• Fundición Centrífuga.

Fundiciones con Procesos de Recubrimiento o Precisión

• Cera perdida (Inversión).
• Caja revestida.

Componentes Esenciales de la Arena de Moldeo

Arena (50-95%)

• Composición: Sílice, Zirconia.
• Acabado: A menor tamaño de grano, mejor acabado superficial.
• Permeabilidad: A mayor distribución de tamaño de grano, mayor permeabilidad.
• Pureza: La más pura contiene 99.9% de óxido de silicio, lo que le confiere mayor refractariedad y punto de fusión.
• Estabilidad: Estabilidad térmica y refractariedad.

Aglomerante (Arcilla, 10%)

• Función: Crear uniones entre los granos.
• Propiedades: Estable térmica y químicamente; no reacciona con el metal fundido.

Agua (1.5-8%)

Aditivos

• Función: Mejorar propiedades específicas de la mezcla.

Propiedades Requeridas de la Arena

• Resistencia en verde: Resistencia a la compresión o corte de la arena húmeda.
• Resistencia en seco: Resistencia de la arena seca.
• Resistencia en caliente: Estabilidad térmica para evitar grietas o erosiones.
• Refractariedad: Capacidad de no fundirse a altas temperaturas.
• Permeabilidad: Capacidad de dejar escapar los gases generados.
• Moldeabilidad: Capacidad de copiar fielmente el modelo.
• Colapsabilidad: Facilidad para desmoronarse después de la solidificación.
• Regenerabilidad: Capacidad de volverse a usar.

Pasos del Proceso de Fundición

1. Diseño de la pieza.
2. Fabricación del modelo.
3. Moldeo.
4. Colada (vertido del metal).
5. Solidificación.
6. Desmoldeo.
7. Limpieza.
8. Acabado.
9. Tratamiento térmico (si es necesario).

Tipos de Modelos

• Modelo único.
• Placa modelo.
• Doble placa.
• Aparejos especiales.

Tolerancias en Fundición

• Tolerancia de contracción.
• Tolerancia de mecanizado.
• Tolerancia dimensional.
• Tolerancia de deformación.

Hornos Utilizados en Fundición

Hornos de Crisol

• Capacidad limitada por el tamaño del crisol.
• Pueden ser estacionarios o inclinables.
• Son flexibles, permitiendo fundir varios tipos de aleaciones sin contaminarlas.

Hornos de Reverbero

• Utilizan llama directa (carbón pulverizado).
• Poseen un hogar abierto y una bóveda cóncava que concentra el calor.
• Utilizados para materiales ferrosos y no ferrosos.

Hornos Eléctricos

• Arco Eléctrico: Puede ser indirecto o directo.
• De Inducción: El crisol está embobinado. Utiliza corriente alterna y un campo magnético. El crisol se resiste y se calienta. Comúnmente usados para materiales no ferrosos y volúmenes pequeños.

Cubilotes

• Utilizados principalmente para Hierro Fundido.
• Carga: Hierro + Coque + Piedra caliza.

Defectos Comunes en la Fundición

• Llenado incompleto.
• Cavidad por contracción (rechupe).
• Grietas.
• Poros o burbujas (sopladuras).
• Inclusiones (materiales extraños).
• Rebaba (exceso de material en la línea de partición).
• Corrimiento del molde.