Fundiciones de Hierro: Tipos, Propiedades y Procesos de Fabricación

¿Qué son las Fundiciones?

Las fundiciones son aleaciones de hierro (Fe), carbono (C) y silicio (Si) que generalmente contienen otros elementos como manganeso (Mn), fósforo (P), y azufre (S), entre otros. Poseen un contenido de carbono superior al de los aceros y adquieren su forma definitiva mediante el proceso de colada. Es crucial destacar que las fundiciones no admiten procesos de deformación plástica, ni en frío ni en caliente; es decir, carecen de ductilidad y maleabilidad, y no son aptas para la forja. Además, las fundiciones generalmente no presentan un período de fluencia claro y, al ser soldadas, tienden a no aceptar las deformaciones inducidas por el proceso de soldadura, lo que puede provocar su rotura si no se toman precauciones especiales.

Clasificación General de las Fundiciones

Las fundiciones se clasifican principalmente según la forma en que se presenta el carbono en su microestructura. Los tipos más comunes son:

• Fundiciones Blancas: Todo el carbono se encuentra combinado en forma de cementita (Fe₃C). Son insoldables por su fragilidad.
• Fundiciones Maleables: En ellas, el carbono se encuentra en forma de nódulos de grafito de revenido. Se dividen en:
  • Europeas (o de corazón blanco): con matriz predominantemente perlítica.
  • Americanas (o de corazón negro).
• Fundiciones Nodulares: Poseen grafito en forma esferoidal (descrito en el texto original como "rosetas"). Se obtienen mediante tratamiento en la colada con agentes nodulizantes.
• Fundiciones Grises: Todo el carbono se encuentra en forma de grafito libre laminar. No son muy soldables.

Tipos de Fundiciones y sus Características Detalladas

Fundiciones Blancas

Las fundiciones blancas son aleaciones hierro-carbono (Fe-C) constituidas principalmente por perlita y cementita (Fe₃C). Presentan, como su nombre indica, fracturas de aspecto blanco y brillante debido a la ausencia de grafito. Son extremadamente duras, frágiles y poseen baja tenacidad.

Características Principales:

• Contenido de Carbono (C): Aproximadamente entre 2.08% y 3.2%.
• Contenido de Silicio (Si): Bajo, típicamente entre 0.5% y 1.9%.
• Obtención: Se logran mediante un enfriamiento rápido para evitar la grafitización.
• Fragilidad: Son muy frágiles.
• Alargamiento: Prácticamente nulo.
• Resistencia: Alta resistencia al desgaste y a la abrasión.
• Aplicaciones Típicas: Fabricación de trituradores y componentes que requieren alta dureza.
• Soldabilidad: No son soldables debido a su alta fragilidad.

Fundiciones Grises

En las fundiciones grises, durante la solidificación y el enfriamiento posterior, el carbono precipita en forma de láminas de grafito. Estas láminas originan discontinuidades en la matriz metálica, lo que influye en sus propiedades mecánicas, siendo generalmente inferiores a las del acero en términos de ductilidad y resistencia a la tracción, pero confiriéndoles otras ventajas.

Características Destacadas:

• Composición y Microestructura: Su contenido de carbono y silicio está ajustado para promover la precipitación del carbono en forma de láminas de grafito libre durante la solidificación.
• Maquinabilidad: Generalmente presentan buena maquinabilidad debido a la presencia de grafito.
• Uso Industrial: Son de las fundiciones más comunes y ampliamente utilizadas a nivel industrial.
• Soldabilidad: Su soldabilidad es considerada limitada ("no son muy soldables" según una parte del texto, "son soldables a nivel industrial" según otra); requieren la aplicación de técnicas y precauciones específicas a nivel industrial para evitar fisuras.

Fundiciones Maleables

Las fundiciones maleables se obtienen porque presentan características diferentes a las de las fundiciones grises, especialmente una mayor resistencia a los impactos. Por esto se usa la fundición maleable. Se obtienen a partir de fundiciones blancas mediante un tratamiento térmico prolongado (maleabilización) que descompone la cementita en grafito en forma de nódulos irregulares (grafito de revenido).

Obtención y Tipos:

Se clasifican principalmente en:

Fundición Maleable Europea (de corazón blanco)

Se obtienen de hornos rotativos; las cargas son seleccionadas con un bajo contenido de silicio (Si) a fin de obtener las piezas inicialmente como fundición blanca. Una vez solidificadas, estas piezas se colocan en cajas metálicas rodeadas de una masa de gránulos de mineral de hierro y se mantienen en hornos durante un tiempo determinado, que depende del volumen de la pieza. Este proceso resulta en una matriz perlítica.

Fundición Maleable Americana (de corazón negro)

Aunque no se detalla su proceso específico en esta sección del texto original, se caracterizan por un tratamiento térmico de grafitización que resulta en una estructura con grafito de revenido en una matriz generalmente ferrítica (corazón negro).

Fundiciones Nodulares (o de Grafito Esferoidal)

Las fundiciones nodulares se caracterizan porque el grafito adopta una morfología esferoidal o de nódulos (descrita en el texto original como "rosetas") en la matriz metálica. Su proceso de fabricación implica agregar pequeñas cantidades de Cesio (según el texto original, como agente nodulizante, referido también como "COM") a la fundición cuando todavía está líquida. Además, se añade una solución grafitizante, que puede ser hierro-silicio. Posteriormente, en 1949, el proceso se perfeccionó químicamente, mejorando los efectos desoxidantes, desulfurantes y estabilizadores de carburo.

Nota sobre una observación del texto original: Una parte del documento original menciona que en la fundición nodular "el grafito deja poros que producen entalladuras". Esta afirmación debe ser considerada con cautela, ya que la forma esferoidal del grafito busca minimizar las entalladuras. La presencia de porosidad significativa sería un defecto del proceso.

Propiedades Generales y Ventajas de las Fundiciones

Las fundiciones, en general, ofrecen una serie de ventajas:

• Costo: Suelen ser más baratas que el acero.
• Maquinabilidad: Tienen un mecanizado generalmente menos costoso.
• Fabricación: Su fabricación es fácil para piezas de gran tamaño y complejidad.
• Resistencia al Desgaste: Poseen gran resistencia al desgaste (especialmente algunos tipos).
• Amortiguación de Vibraciones: Absorben vibraciones dañinas (el texto original menciona "para el ensayo", implicando su capacidad de amortiguamiento).
• Moldeabilidad: En el proceso de fabricación, permiten el uso de moldes para obtener formas diversas.

Procesos de Moldeo en la Fabricación de Fundiciones

El uso de moldes permite una mayor velocidad en la producción en masa. Se utilizan principalmente los siguientes tipos de moldes:

• Molde Abierto: El metal líquido se vierte directamente en la cavidad del molde hasta llenarla.
• Molde Cerrado: Una vía de paso permite el flujo del metal fundido desde el exterior hacia la cavidad del molde.
• Molde Permanente: Se fabrican con metal o materiales cerámicos refractarios y son reutilizables.
• Molde Desechable: Se destruyen después de un solo uso para extraer la pieza fundida.