Clasificación y Propiedades de Fundiciones y Aceros Especiales

Fundiciones: Aleaciones de Hierro-Carbono

Las fundiciones son aleaciones de Hierro-Carbono (Fe-C) con un contenido de carbono entre el 2% y el 6,67%. Se caracterizan por su mejor resistencia a la corrosión (debido al alto contenido de carbono) y a los cambios de temperatura. Su fusión y moldeo son procesos complejos, pero permiten la fabricación de piezas de gran tamaño. Contienen grandes cantidades de cementita, lo que las hace inherentemente frágiles.

Se clasifican principalmente en dos tipos:

• Fundiciones Ordinarias: Compuestas principalmente por Fe, C y pequeñas cantidades de otros elementos. No pueden ser trabajadas mediante forja.
• Fundiciones Aleadas: Contienen Fe, C y otros elementos de aleación en proporciones significativas.

Las propiedades finales de las fundiciones dependen en gran medida de su composición química y del tratamiento térmico aplicado.

Fundición Blanca

En la fundición blanca, el carbono se presenta principalmente como cementita. Se obtiene mediante un enfriamiento rápido, lo que resulta en una estructura con carburos muy duros. Sus características principales son:

• Carburos: Nulos en forma de grafito libre, predominando la cementita.
• Ductilidad: Prácticamente nula.
• Resistencia: Muy resistentes al desgaste.
• Transformación: Pueden someterse a tratamiento térmico para transformarse en fundición maleable.

Fundición Gris

La fundición gris se caracteriza por la presencia de grafito laminar disperso en una matriz que puede ser perlítica, martensítica o ferrítica. Sus propiedades destacadas incluyen:

• Moldeabilidad: Excelente.
• Estabilidad Dimensional: Alta.
• Amortiguación de Vibraciones: Alta capacidad.
• Resistencia Mecánica: Alta resistencia a compresión, pero muy baja a tracción.
• Ductilidad: Frágil y poco dúctil.

Dado que contiene grafito, se clasifica adicionalmente según la forma, distribución y tamaño de este. Un ejemplo común de aplicación son los pistones de motor.

Fundición Nodular (Dúctil o Esferoidal)

La fundición nodular, también conocida como dúctil o esferoidal, se distingue por tener grafito esferoidal en una matriz perlítica, martensítica o ferrítica. Es similar a la fundición gris, pero se le añade Magnesio (Mg) o Cerio (Ce) para promover la formación esferoidal del grafito. Sus ventajas son:

• Moldeabilidad: Excelente.
• Estabilidad Dimensional: Alta.
• Facilidad de Moldeo: Muy fácil de moldear.
• Propiedades Mecánicas: Dúctil, tenaz y con alta resistencia a tracción.

Ejemplos de aplicación incluyen válvulas y engranajes (especialmente con matriz martensítica).

Fundición Maleable

La fundición maleable se obtiene a partir de la fundición blanca mediante un tratamiento térmico específico. Presenta grafito nodular disperso en una matriz perlítica, martensítica o ferrítica. Sus propiedades y aplicaciones son semejantes a las de la fundición nodular, aunque generalmente se considera de menor calidad en términos de resistencia y ductilidad.

Aceros Aleados

Aceros de Baja Aleación

Los aceros de baja aleación son aceros estándar de alta resistencia que ofrecen una gran ventaja respecto a los aceros de medio y alto carbono. Se utilizan en:

• Estructuras Fijas: (ej. con Mn, Cr)
• Engranajes: (ej. con Cr)
• Turbinas: (ej. con Cr-Mo)

Aceros Microaleados (HSLA)

Los aceros microaleados, también conocidos como HSLA (High-Strength Low-Alloy), contienen elementos como Vanadio (V), Niobio (Nb), Titanio (Ti) y Aluminio (Al) en proporciones muy bajas (generalmente < 0,15%). Estos elementos aumentan significativamente la resistencia del acero mediante:

• Endurecimiento por Solución Sólida.
• Afino de Grano.

Se emplean en estructuras de compromiso que requieren alta resistencia y tenacidad, como puentes, columnas, grúas y bastidores.

Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables se definen por contener al menos un 11% de Cromo (Cr). Este elemento permite la formación de una capa pasiva de Cr₂O₃ en la superficie, que protege el material contra la oxidación en condiciones normales.

Tipos de Aceros Inoxidables

Ferríticos (Fe-Cr)

• Composición: Contienen más del 12% de Cromo (Fe-Cr).
• Endurecimiento: No se endurecen por temple.
• Costo: Económicos.
• Resistencia: Buenos frente a la corrosión seca y la termofluencia.
• Aplicaciones: Vehículos, material de cocina, calefactores, válvulas de alta temperatura.

Martensíticos (Cr, C)

• Composición: Contienen Cromo y Carbono. El campo austenítico aumenta con el incremento de Carbono.
• Obtención: Se obtienen por austenización y temple.
• Propiedades: Alta resistencia mecánica, pero son frágiles.
• Aplicaciones: Cuchillos, cojinetes, instrumental de cirugía.

Austeníticos (Cr, Ni, Mo, Nb)

• Composición: Contienen Cromo, Níquel, Molibdeno y Niobio.
• Ductilidad: Muy dúctiles (estructura cristalina FCC - Cúbica Centrada en las Caras).
• Endurecimiento: Gran capacidad de endurecimiento por deformación.
• Sensibilización: Si el enfriamiento desde 600ºC es lento, precipita Cr₂₃C₆ en el límite de grano, empobreciendo de Cromo la zona adyacente y provocando corrosión intergranular. Esto se evita con enfriamiento rápido, un contenido de Carbono inferior al 0,003% y/o añadiendo Molibdeno (Mo) o Niobio (Nb).
• Aplicaciones: Ámbito doméstico e industrias químicas, farmacéuticas y alimenticias.

Aceros Inoxidables de Precipitación

• Composición: Son aceros austeníticos a los que se añaden elementos que forman compuestos intermetálicos con Níquel.
• Tratamiento: Se someten a un tratamiento térmico de precipitación.
• Aplicaciones: Similares a los martensíticos, pero con mayor resistencia a la corrosión húmeda.

Aceros Inoxidables Dúplex

• Estructura: Presentan una región bifásica (austenita + ferrita).
• Resistencia a la Corrosión: Mejor resistencia a la corrosión bajo tensión que los austeníticos.
• Tenacidad y Ductilidad: Mayor tenacidad y ductilidad que los ferríticos.
• Resistencia Mecánica: Mayor resistencia mecánica que los ferríticos y austeníticos.
• Características: Son aceros inoxidables modernos.
• Aplicaciones: Industria petroquímica, gas, papel y química en general.