Tipos de Fundiciones de Hierro: Propiedades, Composición y Aplicaciones

Las fundiciones son aleaciones base hierro (Fe) con un porcentaje de carbono (C) superior al 2,06% y un porcentaje de silicio (Si) aproximado del 3%. Sus elementos de aleación básicos incluyen:

• Grafitizantes (Si): Buscan la presencia de grafito dentro de la fundición.
• Inoculantes (Mg): Añadidos además del Si, esferoidizan las partículas.
• Carburizantes o antigrafiticantes (Ti, Cr, V): Facilitan la formación de carburos, impidiendo la formación de grafito.

En general, las fundiciones otorgan mayor resistencia mecánica y dureza, pero menor tenacidad y ductilidad.

Fundiciones Blancas o Inmecanizables

Estas fundiciones no tienen aplicación industrial directa; sirven como material base para obtener otras fundiciones. El carbono (C) y el hierro (Fe) forman cementita. Su formación se rige por el diagrama metaestable Fe-C. Se caracterizan por un bajo porcentaje de carbono y un enfriamiento moderadamente lento. Son muy duras (debido al exceso de cementita) y frágiles (su fragilidad aumenta con el porcentaje de carbono).

Aleadas con níquel (Ni), como las fundiciones Ni-Hard, presentan mayor resistencia a la abrasión, superando incluso a las fundiciones grises. Tras la solidificación, se tratan térmicamente para modificar su estructura. En el diagrama, la ledeburita es el constituyente fundamental, formada por austenita y cementita. La ledeburita transformada, por su parte, contiene perlita y cementita.

Fundiciones Grises o Laminares

Compuestas por carbono en estado libre, en forma de grafito laminar. Requieren menos energía en su obtención, por lo que son más económicas que las blancas. Presentan buena colabilidad cuanto más cerca estén del punto eutéctico. Experimentan muy poco rechupe (poca contracción al solidificar). Son frágiles, dependiendo de la forma de las láminas de grafito (cuanto más grande sea el grafito, mayor fragilidad).

Aleadas con níquel (Ni) y cromo (Cr), ofrecen mayor resistencia a los ácidos sulfúrico y nítrico, así como resistencia a la corrosión a altas temperaturas. La resistencia mecánica depende de la cantidad de grafito, de su forma y de su matriz. El alargamiento a la tracción es pequeño debido al efecto de entalla de las láminas de grafito. El grafito es más blando que la matriz que lo contiene; a nivel de comportamiento, este grafito es diferente: si hay más grafito, resistirá menos.

Presentan buen comportamiento frente a la compresión, ya que el efecto de entalla del grafito no les afecta. Ofrecen mejor resistencia a la corrosión que los aceros. El alargamiento a la rotura es prácticamente nulo. No presentan ledeburita. Poseen buena capacidad para amortiguar vibraciones y una conductividad térmica superior a la de los aceros. Su tenacidad es mejor que la de las fundiciones blancas, pero peor que la de los aceros. También muestran buena resistencia al desgaste.

Elementos Siempre Presentes en Fundiciones Grises:

• Silicio (Si) (0,6-3% estabilizante): Cuanto menos carbono tenga la fundición, mayor cantidad de silicio debe añadirse. Asegura la aparición de grafito laminar.
• Fósforo (P) (< 0,17% Colabilidad): Ayuda a la obtención de grafito y facilita la colabilidad. Disminuye la tenacidad y provoca fragilidad al posibilitar la aparición de un compuesto que contiene cementita.

La estructura cristalina del grafito es hexagonal. La fórmula para el carbono equivalente es Ce = Ct + 1/3 (Si + P).

Fundiciones Maleables o Nodulares

Se caracterizan por tener carbono en estado libre, formando nódulos de grafito. Se obtienen mediante el recocido de fundición blanca. Presentan buena tenacidad, maleabilidad, poca fragilidad y mayor capacidad para la deformación. Son ideales para piezas imposibles de obtener por otros medios, aunque su tratamiento es largo y la pieza resulta cara. Partiendo de una pieza de fundición blanca y aplicando un recocido, se pueden obtener fundiciones maleables americanas o europeas.

Fundición Maleable Europea:

Partimos de fundición blanca y calentamos hasta 900-1050ºC. Este proceso puede tardar alrededor de un día hasta alcanzar la temperatura de tratamiento o grafitización (siempre inferior a 1050ºC para no correr riesgo de fusión parcial). A esta temperatura, la aleación está compuesta por austenita y cementita. En un horno con atmósfera oxidante, se busca que el carbono se separe de la cementita. Se enfría despacio (de 5 a 10ºC por hora, lo que puede durar dos días) para descarburar la pieza. No puede aplicarse en piezas gruesas.

Fundición Maleable Americana:

Partimos de fundición blanca y se utiliza un horno con atmósfera controlada para evitar que la pieza pierda carbono. El calentamiento es lento hasta una temperatura entre 800-950ºC, seguido de un enfriamiento lento hasta 760ºC. Dependiendo del enfriamiento posterior, se obtendrá fundición perlítica (si el enfriamiento es rápido, ya que estará cargada de carbono) o fundición ferrítica.

Fundiciones Dúctiles o Esferoidales

Se caracterizan por tener carbono formando esferoides de grafito. Se obtienen mediante un proceso de inoculación que consiste en la adición de magnesio (Mg) y/o cerio (Ce). Este proceso disminuye el efecto de entalla del grafito. Resultan en un mejor comportamiento mecánico, mayor ductilidad y resistencia a la tracción. La materia prima debe ser más limpia, conteniendo exclusivamente hierro (Fe), carbono (C), silicio (Si) y un porcentaje muy limitado de fósforo (P). Se buscan piezas con composiciones de carbono muy cercanas a las del eutéctico para lograr que el intervalo de solidificación sea lo más pequeño posible, ya que los inoculantes tienen un tiempo de vida muy corto.