Fundiciones Metálicas: Propiedades, Composición y Aplicaciones Clave

Fundición Blanca

La fundición blanca se caracteriza por su composición de 2,5-3% de carbono (C), donde el carbono se encuentra en forma de carburo de hierro (Fe3C). Sus propiedades varían dependiendo de la composición eutéctica (eutéctica, hipoeutéctica, hipereutéctica).

Propiedades Clave

• Es extremadamente dura.
• Presenta muy baja deformación plástica.
• Es frágil.
• Tiene baja resistencia al impacto.
• Su fractura es de color blanco.
• Posee alta resistencia a la compresión.
• Ofrece muy alta resistencia al desgaste.
• Es difícil de mecanizar.
• Es el material de partida para la fabricación de fundición maleable.

Influencia de Elementos de Aleación

• La adición de Níquel (Ni), Cromo (Cr) y Molibdeno (Mo) permite obtener microestructuras de martensita o bainita.
• El Molibdeno (Mo) confiere a la fundición propiedades de autotemplado.
• 1-4% de Cromo (Cr): Aumenta la dureza y la resistencia a la abrasión, y evita la formación de grafito en secciones gruesas.
• 12-35% de Cromo (Cr): Aumenta significativamente la resistencia a la corrosión.
• Níquel (Ni): Aumenta la resistencia y la resistencia a la corrosión; es un elemento grafitizante, por lo que su efecto se compensa con Cromo.

Fundición en Coquilla

Se obtiene mediante enfriamiento rápido en coquilla, resultando en una superficie de fundición blanca dura y un interior de fundición gris. El espesor de la capa de fundición blanca puede variarse con la composición química.

Fundición Gris

La fundición gris tiene una composición de 2,5-4% de carbono (C) y 1-3% de silicio (Si). Se caracteriza por su muy alta fluidez (superior a la fundición blanca), lo que facilita la fabricación de piezas complejas. Se produce mediante enfriamiento lento, lo que permite la formación de láminas de grafito debido al efecto del carbono y el silicio (elementos grafitizantes).

Propiedades y Características

• Presenta baja resistencia al impacto debido a la forma laminar del grafito.
• Tiene baja ductilidad.
• Posee mayor resistencia y ductilidad a la compresión que a la tracción.
• Ofrece muy alta resistencia a la abrasión y buena maquinabilidad.
• Su dureza y resistencia dependen de:
  • La forma, tamaño y distribución del grafito.
  • La microestructura de la matriz.
  • Los elementos de aleación (EA): Un aumento del carbono equivalente (CE) disminuye la resistencia; Cromo (Cr), Vanadio (V) o Molibdeno (Mo) aumentan la resistencia.
  • Los inoculantes: Adición de ferrosilicatos con pequeñas cantidades de Calcio (Ca), Aluminio (Al), Bario (Ba), Estroncio (Sr), Zirconio (Zr) o Cerio (Ce).
  • El espesor de la pieza.
• Posee una gran capacidad de amortiguación: La amortiguación aumenta con el porcentaje de carbono; las discontinuidades en la estructura favorecen la disipación de energía vibratoria.
• Es uno de los materiales más económicos.

Fundición Maleable

La fundición maleable se obtiene a partir de fundición blanca (FB) mediante un tratamiento térmico (TT) específico, resultando en una fundición menos frágil que la FB y con mayor tenacidad. La base de su fabricación es la tendencia del carburo de hierro (Fe3C) a liberar carbono, transformando el carbono combinado de la fundición blanca en rosetas de carbono (grafito) y en ferrita.

Proceso de Tratamiento Térmico

• Nucleación del grafito: Se forma en las intercaras de los carburos, en la perlita y en inclusiones no metálicas.
• Mantenimiento a 900ºC: Solubilización de carburos para formar grafito.
• Enfriamiento lento: Se forma ferrita, perlita y, en algunos casos, martensita.

Propiedades Destacadas

• Alta resistencia a la tracción.
• Alto módulo de elasticidad.
• Muy buena maquinabilidad.
• Alta resistencia a la corrosión.
• Alta permeabilidad y baja retención magnética.
• Alta amortiguación de vibraciones.
• Alta resistencia a la fatiga.
• Alta resistencia al impacto.

Tipos de Fundición Maleable

• Fundición maleable de corazón blanco: Objeto recocido con descarburación y algo de grafitización.
• Fundición maleable de corazón negro: Objeto recocido con solo grafitización.
• Fundición maleable perlítica.

Fundición Esferoidal

La fundición esferoidal se obtiene a partir de fundición gris (FG) en estado líquido, mediante la adición de elementos esferoidizantes como Magnesio (Mg), Cerio (Ce), Lantano (La) o Calcio (Ca). Su composición es similar a la fundición gris, con 3-4% de carbono (C) y 2-3% de silicio (Si).

Consideraciones de Composición

• El contenido de Azufre (S) debe ser inferior a 0,03%.
• Un contenido de Fósforo (P) superior a 0,10% forma esteadita, lo cual es indeseable.
• Elementos como Plomo (Pb), Titanio (Ti), Antimonio (Sb) y Zirconio (Zr) deben estar en concentraciones muy bajas, generalmente inferiores a 0,03%, ya que pueden afectar negativamente la formación esferoidal del grafito.