Maquinabilidad de Fases y Fundiciones: Optimización en Metalurgia Industrial

Fases Microestructurales y su Maquinabilidad en Materiales Ferrosos

La maquinabilidad de los materiales ferrosos está intrínsecamente ligada a sus fases microestructurales. A continuación, se detallan las características y el comportamiento de mecanizado de las principales fases:

Fases Microestructurales

Ferrita

• Bajo porcentaje de carbono (C).
• Blanda y dúctil.
• A baja velocidad de corte (Vc), tiende a formar filo recrecido.
• El tamaño de grano grande (↑) mejora la maquinabilidad.

Perlita

• Estructura laminar de cementita (Fe₃C) y ferrita (α).
• Una disminución de la temperatura de transformación (Tª) reduce la distancia interlaminar y aumenta la dureza (H).
• Para un mejor mecanizado, se prefiere la perlita globulizada.

Cementita

• Carburo de hierro (Fe₃C) y otros carburos.
• Muy dura, prácticamente no se mecaniza.

Austenita

• Dureza similar a la ferrita.
• Los aleantes presentes tienden a formar carburos.
• Se endurece a medida que se mecaniza (endurecimiento por deformación).

Martensita

• Fase dura y frágil, con estructura cúbica centrada en el cuerpo (CCC) sobresaturada en carbono.
• Se mecaniza con dificultad.
• Existen tratamientos térmicos (TT) para crear martensita revenida, que es más dúctil y su dureza puede variar.

Esferoidita

• Resultado de un exceso de revenido de martensita.
• Nódulos de cementita (Fe₃C) amplios y espaciados.
• Su resistencia disminuye.

Bainita

• Formada por placas (bainita superior) o agujas (bainita inferior) de ferrita en una matriz de cementita (Fe₃C).

Tipos de Fundiciones y su Comportamiento al Mecanizado

Las fundiciones son aleaciones de hierro-carbono con un contenido de carbono superior al 2%. Su maquinabilidad varía significativamente según su microestructura:

Fundición Blanca

• Obtenida del diagrama metaestable.
• Requiere un enfriamiento relativamente rápido.
• Contenido de carbono hasta el 6.7%.
• Matriz de cementita (Fe₃C) con bloques de perlita.
• Es muy dura y no se mecaniza.
• Un aumento del porcentaje de carbono (C) implica un aumento del porcentaje de Fe₃C.

Fundición Gris

• Obtenida del diagrama estable, con grafito laminar.
• Puede contener hasta un 100% de grafito.
• Considerada la más deseable para mecanizado.
• Permite una alta velocidad de corte (Vc) y no forma filo recrecido, sino una capa de protección de grafito (Cgr).
• Si no se utiliza TiC o TaC, se pueden emplear herramientas sin carburos para reducir la difusión.
• Presenta muy buena maquinabilidad, incluso en fundición.

Fundición Dúctil o Nodular

• Se controla la velocidad de enfriamiento para transformar el grafito laminar en globular mediante la adición de magnesio (Mg).
• Un aumento de magnesio (Mg) incrementa la ductilidad pero disminuye la maquinabilidad.
• El grafito se presenta en láminas cortas y puntas redondeadas.
• Se mecaniza bien, pero peor que la fundición gris.
• Tiende a formar filo recrecido; para evitarlo, se recomienda aumentar el ángulo de incidencia de la herramienta.

Fundiciones Maleables

• Se obtienen a partir de fundiciones blancas mediante un tratamiento térmico (TT) para crear carbono grafito.
• Pueden presentar variaciones en su estructura.
• Se mecanizan mejor que los aceros de maquinabilidad mejorada.
• Tipos:
  • Europeas: Producidas en hornos con atmósferas oxidantes, obteniendo menos grafito.
  • Americanas: Producidas en atmósferas neutras, obteniendo más grafito (Cgr). Convierten perlita (P) + cementita (Fe₃C) en ferrita (α) + grafito (Cgr).

Fundición de Grafito Compacto o Vermicular

• Grafito en láminas cortas y extremos redondeados.
• Buen amortiguamiento de vibraciones y excelente conductividad térmica.
• Buena resistencia y ductilidad.