Fundiciones Maleables y Dúctiles: Características, Tipos y Procesos de Fabricación

Fundiciones Maleables

Se obtienen a partir de la fundición blanca y posteriormente se les da un tratamiento térmico. El resultado es una fundición no tan frágil como la fundición blanca y que conserva su tenacidad. La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono constituye la base de la fabricación de la fundición maleable. La reacción de descomposición se ve favorecida por:

• Altas temperaturas
• Presencia de impurezas sólidas no metálicas
• Contenidos de carbono más elevados
• La existencia de elementos que ayudan a la descomposición del Fe₃C

La maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que, en forma combinada, contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares (racimos o rosetas) de carbono (grafito) y en ferrita.

Tipos de Fundición Maleable

• Maleable de corazón blanco o europea: Se produce en un material oxidante, que suele ser óxido de hierro, a temperaturas entre 900-1050 ºC durante unos 10 días, seguido de un enfriamiento lento.
• Maleable de corazón negro o americana: Se produce en un material neutro a 875 ºC durante unos 6 días, seguido de un enfriamiento lento.
• Maleable de corazón negro perlítico: Se produce en un material neutro a 875 ºC durante unos 6 días, seguido de un enfriamiento rápido.

Fundición Dúctil o Esferoidal

La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular tiene forma de esferoides. Este tipo de fundición se caracteriza porque en ella el grafito aparece en forma de esferas, lo que evita el efecto de la concentración de tensiones en las puntas.

Para producir la estructura nodular, el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos.

Tipos de Fundición Dúctil

• Moldeadas
• Recocidas

Se obtienen añadiendo Mg, Ce, La, Ca (elementos esferoidizantes) a la fundición gris en estado líquido. El magnesio se añade como NiMg, CuMg o SiMg a la cuchara antes de colar.

• El papel del Mg es desoxidar y desulfurar.
• El S y O se absorben en la intercara grafito/fundido y se forman láminas.
• Estabilizan el crecimiento en el plano basal.
• Los productos de la reacción sirven como puntos de nucleación (sulfuro y silicato de Mg - 3MgO·SiO₂·H₂O).

Influencia del Carbono y el Silicio en la Fundición Dúctil

• C = 3,0 – 4,0 %: El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. El grafito no se segrega como escamas, sino que forma esferoides. Un CE (Carbono Equivalente) muy alto puede producir que el grafito se segregue por flotación.
• Si = 1,8 – 2,8 %: Un bajo contenido en silicio aumenta la proporción de carburos.

Cobre (Cu) y sus Propiedades a Temperaturas Elevadas

• T > 100°C: La resistencia (R) disminuye muy rápidamente.
• La capacidad de deformación se mantiene muy elevada hasta temperaturas cercanas al punto de fusión (P.F.), lo que implica una buena aptitud para la deformación en caliente.
• Las propiedades mantienen niveles satisfactorios hasta 150 - 200°C.
• T > 200 °C: Se produce un aumento rápido del tamaño de grano, lo que conlleva un pobre comportamiento en servicio.

Tipos de Cobre

• TP (Tough Pitch)
  • Electrolítico ETP (Electrolic Tough Pitch): Pureza mínima 99,90% de Cu, 200 a 400 ppm de O. Conductividad eléctrica en estado recocido de 100 IACS. Se utiliza como material de partida.
  • FRHC (Fire Refined High Conductivity): Semejante en composición y conductividad eléctrica al Cu-ETP, pero contiene mayor cantidad de impurezas como Se, Te y Pb.
  • Cobre Térmico Cu-FRTP (Fire Refined Tough Pitch): Menos puro que el FRHC, con una composición mínima de cobre del 99,85% y su conductividad no está garantizada.
• Desoxidados
• Libres de oxígeno: Se producen a partir de cobre electrolítico y se funden en hornos de atmósfera inerte o con desoxidante en cantidades muy controladas. Tienen alta conductividad eléctrica, alta deformabilidad e insensibilidad a las atmósferas reductoras. Son característicos del cobre libre de oxígeno los siguientes tipos:
  • Cu-OF (Oxygen Free): El contenido mínimo de Cu es de 99,95%, poseen una conductividad eléctrica, una vez recocido, de 100 IACS.
  • Cu-OFE (Oxygen Free Electronic Grade): El contenido mínimo de Cu es de 99,99%, poseen una conductividad eléctrica, una vez recocido, de 101 IACS.
• Arsenical
• Mecanizable
• De fácil mecanización

Consideraciones sobre el Cobre Oxigenado

• Máximo 0,05% O₂.
• Se evita el descabezado del lingote al evitar la contracción.
• Se eliminan los poros durante la deformación, por soldadura.
• Conductividad 101,6 IACS.
• [O₂] = 0,15 %: Se forma el eutéctico Cu - Cu₂O que precipita en los límites de grano.

Soldadura del Cobre

• El Cu₂O funde antes que el Cu y produce una película líquida en los límites de grano que desmorona la estructura del Cu.
• Evitar con laminación en frío, ya que tritura el Cu₂O y los límites de grano.
• Soldadura con H₂ a 400° C: Cu₂O + H₂ ↔ 2 Cu + H₂O (vapor). Produce porosidad por gaseado, lo que genera fracturas intersticiales y reduce la ductilidad del material.
• En soldadura, utilizar Cu desoxidado.