MATERIALES FERROSOS Y SUS APLICACIONES (67.50)Facultad de
Ingeniera U.B.A.
UNIDAD N 7FUNDAMENTOS PARA LA SELECCIN DE FUNDICIONES
FERROSAS
Ing Jos Luis Castiglioni
Profesor: Ayudante: Ayudante: Colaborador:
Ing Ing Ing Ing
Jos Luis Castiglioni. Horacio Nieco. Rubn Gutirrez. Enrique
Salas.
CONTENIDO: 1. 2. 3. 4. Introduccin Seleccin Normas Fundiciones
comunes Definicin. 4.2 Diagrama Fe-C. 4.3 Clasificacin Aleaciones
Ferrosas. 4.4 Fundicin Gris (laminar). 4.5 Fundicin Esferoidal
(nodular). 4.6 Fundicin Maleable. 4.7 Fundicin Blanca. 4.8 Fundicin
Vermicular. 4.9 Fundicin Acoquillada. 4.10 Fundicin Atruchada. 4.11
Tabla Sinttica 4.12 Tratamientos Trmicos. Fundiciones especiales:
5.1. Resistentes a la Abrasin: - Blanca Comn. - Alto Cromo. - Ni
Hard. - Acero Alto Manganeso (Hadfield). 5.2. Resistentes a la
Corrosin: - Ni-Resist. - Alto Silicio. 5.3. Resistentes alta
temperatura: - Gris: Ferrtico; con cromo. - Nodular Alto Silicio.
Aceros Moldeados: 6.1. Baja Aleacin 6.2. Especiales 6.3.
Inoxidables 6.4. Refractarios No Ferrosos. Defectos en Piezas
Fundidas. Cuestionarios: 9.1. Seleccin de Fundiciones. 9.2.
Recepcin de Piezas Fundidas. Principales Fundiciones Ferrosas del
Pas.
5.
6.
7. 8. 9.
10.
2
1 Introduccin:Este texto est dirigido a futuros Ingenieros
Mecnicos, y usuarios de piezas moldeadas. No pretende por lo tanto
tratar a fondo ni cientficamente el tema de materiales ferrosos
colados. Tampoco se busca dar las tcnicas para su fabricacin; adems
de ser materias muy extensas, ambas especialidades son para quien
debe producirlos (ingenieros metalrgicos). Dimos en captulo aparte
(UNIDAD N 6), las nociones y conocimientos que se deben tener para
producir una pieza por moldeo: diseo, planos, modelos, creces y
tolerancias, mezclas para moldeo y noyera, hornos de fusin. La
finalidad de esta materia, es dar los fundamentos al futuro
ingeniero mecnico para que sepa optar por una pieza fundida como
solucin a su problema cuando es lo ms conveniente; y dentro de
ellas, por el sistema y material ms apropiados que le ofrece la
tecnologa; en funcin a los requerimientos especficos que estar
sometida cada pieza en estudio. Describimos la clasificacin de los
metales ferrosos por familias, caractersticas y aplicaciones, para
seleccionar el ms apropiado en los problemas prcticos que se
presentan en la vida profesional. Paralelo al tratamiento terico de
cada familia se acude a la herramienta indispensable en la
seleccin, como las NORMAS nacionales e internacionales
correspondientes que los tratan. Se presupone que el alumno posee
conocimientos previos de metalurgia: diagramas de equilibrio y
hierro-carbono, tratamientos trmicos, y componentes microgrficos de
las matrices ferrosas. Tanto en la teora de produccin como en
caractersticas, normas, usos especficos y estadsticas, se
profundiza ms en fundicin gris y esferoidal. Adems de ser bsicas
para estudiar las restantes aleaciones de alto carbono, son las de
mayor volumen de produccin en piezas obtenidas por moldeo (80 %),
adems de no verse especficamente en otras materias. Los aceros, se
estudiaron en la primer parte como semielaborados, y son de
caractersticas casi idnticas a los destinados a obtener por moldeo.
Seguramente, se deja de nombrar materiales especficos y sus normas
por estar abarcados en las generales: como nodular y maleable para
fitting; gris, nodular y aceros para industria automotriz, algunas
aleaciones especiales resistentes a la abrasin, bombas y vlvulas,
etc, etc.. Pese a no ser tema especfico de esta materia, damos un
lista de los materiales no ferrosas usados en piezas coladas; mxime
por la importancia que han tomado las aleaciones leves en la
industria automotriz, principalmente de aluminio y magnesio.
Complementamos una breve descripcin de los defectos ms comunes que
presentan las piezas fundidas; dos cuestionarios, uno para
seleccionar materiales, y otro sobre recepcin de piezas. Entendemos
fundamental exponer datos estadsticos de fundidos, para observar la
evolucin con los aos en nuestro pas y el mundo: tanto de los tipos
de metal como de rubros donde se aplican. Nos referimos bsicamente
a gris y nodular; restantes materiales, somera referencia. Por
ltimo, damos una enumeracin de las principales fundiciones
existentes en el pas; de las de menor tamao, se restringe a las del
Gran Buenos Aires y Rosario, por no conocer en detalle las del
interior. S nombramos polos de fundicin, donde se concentran varios
establecimientos del rubro. La base del desarrollo del texto, es
producto del sucesivo acopio de los apuntes y trabajos dados en
clase, y la constante colaboracin de alumnos y docentes; adems de
40 aos de experiencia tcnica y comercial en el rubro de fundicin
ferrosa.
3
Los nmeros entre parntesis que figuran en los temas sucesivos,
corresponden a la referencia de la lista bibliogrfica a la que
recurrimos como complemento, y que describimos al final del
trabajo. Si no tiene esta sealizacin, corresponde simplemente al
desarrollo de la ctedra o experiencia propia. Aportaron para llegar
a este trabajo, los ingenieros: Pedro Juan Epis y Horacio Nieco,
compaeros de muchos aos de docencia. Jos Luis Purificato y Juan
Carlos Varnier, en la recopilacin de informacin para los primeros
apuntes. Rubn Gutirrez y Enrique Salas, quienes completaron con
grficos, compaginaron y corrigieron este trabajo.
Ing Jos Luis Castiglioni; junio 2008.
[email protected]
4
2 SeleccinSi bien nos ocupa bsicamente escoger el material
apropiado, el primer paso de la seleccin estar dado en definir si
la solucin correcta al problema es optar por pieza moldeada, un
semielaborado ferroso o no ferroso cortado, mecanizado y/o soldado,
forjada, u otra alternativa. Sintticamente diremos que la opcin por
un fundido se har ms favorable cuanto ms dificultosa sea la
geometra de la pieza; posteriormente se evaluarn los temas tcnicos
especficos y anlisis de costos. Seleccionada la opcin de pieza
fundida, el proyecto debe ajustarse a principios de stas;
bsicamente son perjudiciales los cambios bruscos de seccin; en
todas las aleaciones provoca rechupes, fisuras y tensiones;
particularmente en la gris y nodular, agrava el hecho de la notoria
modificacin de las propiedades mecnicas en funcin de los diferentes
espesores y consecuente velocidad de enfriamiento. Los valores
dados en las especificaciones para la resistencia se acercarn tanto
ms a las de las probetas representativas, cuanto ms correctos sean
los principios de diseo utilizados. Un buen diseo, significar menor
costo de herramental y produccin. La consulta con el fundidor, ser
de suma utilidad. Analizaremos ms profundamente la seleccin
correcta del material de las piezas fundidas, por ser una
dificultad para los proyectistas y fabricantes. Debe atenderse un
conjunto de propiedades especficas para cada aplicacin, sin dejar
de lado los costos y facilitar la tcnica de fabricacin. Exige tener
amplios conocimientos y experiencia previa, siendo til la
orientacin por aplicaciones y resultados de equipos iguales o
similares ya funcionando. Se debe partir de las solicitaciones en
servicio, correlacionndolos con las caractersticas que ofrece cada
material, su estructura y elementos qumicos. Generalmente, es
suficiente analizar las propiedades mecnicas, porque los esfuerzos
se realizan a temperatura normal, y bajo corrosin ambiental que a
lo sumo exige una pintura protectora para la oxidacin por humedad;
sin embargo, se presentan otros ambientes ms exigidos a la
corrosin, trabajo a alta temperatura, compresin, desgaste, o varios
de ellos superpuestos. Surge entonces la necesidad y desarrollo de
las fundiciones especiales, resistentes a esos efectos: a)
Inoxidables, fundamentalmente a la corrosin de soluciones lquidas;
cada agente corrosivo, tiene un metal que mejor lo soporta, no
siempre ferroso; por eso tambin enumeramos las aleaciones no
ferrosas. b) Refractarias, al ataque de gases calientes; adems del
carcter de los gases que corroen, tiene fundamental importancia el
rango y ciclo de temperatura de trabajo; por la abrupta cada de las
propiedades mecnicas, en funcin del aumento de la temperatura a la
cual se determinan. c) Abrasivas, variando si est acompaada de
compresin, impacto, o corrosin si se ejerce en medio hmedo. Ningn
metal fundido que ofrece el mercado y la tecnologa, es el ms
apropiado para ser utilizado bajo diferentes condiciones posibles
de servicio; igual que ningn material sirve para satisfacer todas
las necesidades de la ingeniera, cada tipo de metal que analicemos
poseer propiedades esenciales en l, que determinarn el uso al que
se destinan. Si bien la principal responsabilidad del fundidor es
aplicar las tcnicas necesarias para obtener el material solicitado,
su experiencia para llegar a la seleccin ms sensata, econmica y
correcta es fundamental. Para posibilitar escoger el material ms
apropiado, desarrollamos las familias de los metales existentes
segn dos temas bsicos y que confluyen: a) Normas. b) Caractersticas
y consideraciones tericas bsicas. Sobre normas damos un pequeo
captulo general previo, y luego se complementa a cada familia que
se estudia con un resumen de la IRAM correspondiente, y/o la(s)
internacional(es) ms conocida(s). Sera interminable dar las
aplicaciones especficas para cada material, de acuerdo a la
experiencia nacional e internacional. Cada familia de metales
desarrollado concluye con este tema particular. Para gris, inclumos
estadstica nacional por industria destinataria, que sera extensiva
al nodular; en la parte terica, complementamos una larga lista de
aplicaciones tpicas, y damos bibliografa para recurrir ms
especficamente sobre el tema. Para desarrollar la produccin de toda
pieza fundida, resaltamos la importancia en la negociacin no slo
del precio. Es imprescindible el acuerdo previo a cotizar y
desarrollar los herramentales, sobre los niveles de calidad,
ensayos y certificados de calidad. Caso necesario, el cliente
emitir normas especiales que sern analizadas con el fundidor.
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3 Normas: (2), (3), (4), (5), (6)3.1 Generalidades:
Siempre fue un problema irresoluble, dar al alumno material
didctico para que asimile un conocimiento profundo e imprescindible
de algo tan abstracto y concreto como son las normas para
materiales; luego de varias tentativas, seguimos el principio
adoptado para la explicacin de los aceros para construcciones
mecnicas y herramientas; se simplific, sintetiz e hizo didctico
temas muy extensos y amplios, siguiendo los Atlas respectivos. As,
en cada familia de fundiciones, los fundamentos tericos y
desarrollo, se harn en paralelo y con referencia a las normas
respectivas; con el anlisis general de las mismas dentro de la
introduccin a la seleccin y previo a la clasificacin que estamos
dando. Creo haber dado en la clave de la seleccin de fundiciones.
Como ingeniero metalrgico de produccin y dedicado a gris y nodular,
si bien fue tambin un problema de quienes me formaron antes y
despus de graduado, me ruboriza esta confesin: descubr que existan
normas para fundiciones resistentes a la abrasin (Alto Cromo y
Ni-Hard) despus de haber producido y estudiado ellas ms de cuatro
aos. Pensaba que era una exclusividad de la firma que cobraba por
dar el asesoramiento, y no estaba al alcance de personas normales.
Antes de desarrollar los diferentes metales obtenidos por moldeo,
damos un panorama general sobre normas, por ser como dijimos una
herramienta imprescindible y que complementa todo trabajo de
clasificacin y seleccin. La consideremos de inters por su
importancia y aplicacin; paralelamente al tratamiento terico de
cada tipo de material, se dar un resumen de una de las normas que
le corresponda; con breves comentarios y dando preferencia a las
IRAM. Para los materiales ms importantes, se enumera las
equivalencias de otros emisores de normas. 3.2 Entes normalizadores
e importancia de las normas:
En general, podemos definir las Normas, como la implantacin de
reglas y modelos que se deben seguir y adoptar, ya que los mismos
fueron impuestos por consenso general. Reglamenta, unifica,
simplifica y ordena un nmero variado de fenmenos que se repiten, de
la forma ms lgica y conveniente que sea posible. Posibilita la
universalizacin y unificacin de muchos elementos y productos de la
industria; permite obtener mayor rendimiento de los materiales y
mtodos de produccin, fabricarlos con la mxima eficiencia y el mnimo
costo, resultando un efectivo abaratamiento de los mismos. Un
determinado proceso puede realizarse de mil formas; pero la
idoneidad, colaboracin y unificacin de criterios, llevar a la forma
ms segura y efectiva. Mediante normas, se relegan los problemas ya
resueltos, eliminando el inconveniente de estudiarlos y
solucionarlos cada vez que se presentan. La normalizacin no debe
ser un proceso esttico, inamovible y limitante, sino dinmico y
progresivo. En el cuadro 1 anexo, yendo a nuestro caso particular,
damos los principales entes normalizadores dedicados entre otros
materiales y temas, a aceros, fundiciones y no ferrosos obtenidos
por moldeo. Son los organismos que tratan de unificar criterios y
conceptos para una mejor designacin de los materiales a fin de que
tanto el usuario como el fabricante hablen un mismo "idioma"
simplificado. Es de inters tener nocin de estos entes, pues en la
fabricacin predominan las del pas de procedencia de la tecnologa.
El conocimiento y dominio de las especficas de los metales
destinados a obtener piezas por moldeo, es una herramienta
fundamental para facilitar a proyectista y usuario la seleccin
correcta. Las que veremos en este trabajo, tratan nicamente los
materiales ferrosos con que se harn las piezas fundidas; y dentro
de ellas, las propiedades especficas que las identifica y debemos
inspeccionar en la recepcin; tambin describen generalidades de
entrega y comercializacin; nada dice de las particularidades de
cada pieza que se produce, que es funcin de la aplicacin, riesgo y
responsabilidad que tendr cada una en servicio. Tampoco sobre las
tcnicas de moldeo, noyera, tipo de horno de fusin, y en general qu
mtodos utilizar el proveedor para obtener la pieza fundida exigida.
Todas las normas y para todos los metales, utiliza una nomenclatura
que tiene por objeto unificar criterios y simplificar una cantidad
de informacin y caractersticas sobre cada aleacin.
6
Diciendo por ejemplo IRAM FGL 200, representa una fundicin gris
de grafito laminar (FGL), de 200 Mpa de IRAM-IAS resistencia a la
traccin (tres nmeros siguientes). Nos abocaremos solamente a lo
especfico de las normas Cuadro 1 en cuanto a las exigencias
metalrgicas y ensayos de los ASTM respectivos materiales. Igual que
en el desarrollo terico, se dar ms nfasis a las correspondientes a
gris y nodular por ser las que ms se usan, y no tener el alumno
tanta SAE informacin como en los aceros, que se trata en detalle en
otras materias. DIN Finalmente, recomendamos recurrir al IRAM,
Instituto Argentino de Racionalizacin de Materiales, para consultas
BS sobre sus normas y las internacionales; sean metalrgicas, o
cualquier otro tipo de material. Damos sus datos: AFNOR Per 552/556
(C1068AAB) Buenos Aires Tel: (011) 4346-0664; FAX: (011)4346-0667
JIS Sitio Web: www.iram.com.ar UNI ABNT
Cuadro 1 Argentina Estados Unidos Estados Unidos Alemania
Inglaterra Francia Japn Italia Brasil
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4 Fundiciones comunesDefinicin En el lenguaje corriente, la
palabra fundicin, se utiliza para tres conceptos bien diferentes:
a) FUNDICION o TALLER DE FUNDICION: establecimiento dedicado a
moldear y fundir metales ferrosos y no ferrosos; por cualquier
sistema o procedimiento mediante el cual se obtengan elementos de
forma definitiva, o que slo se sometern para su terminado total a
procesos que sustancialmente no modifiquen su forma originaria. b)
FUNDICION o PIEZA FUNDIDA: se generaliza a todas las piezas
obtenidas por moldeo y colado (ya sea en los diversos materiales
ferrosos o no ferrosos). c) FUNDICION o HIERRO FUNDIDO: se refiere
a los metales ferrosos de alto contenido de carbono (mayor de 2,50
% y hasta 4,50 los ferrticos o hematite) utilizados exclusivamente
para obtener piezas por moldeo; no es posible someterlas a ningn
tipo de deformacin plstica en fro ni caliente: estas son: fundicin
gris, fundicin maleable, fundicin esferoidal, fundicin blanca, etc.
La fundicin gris laminar, la ms comn y utilizada suele llamrsela
simplemente FUNDICION. Entendemos por fundiciones comunes, las
aleaciones ferrosas utilizadas en la industria, con carbono
superior a 2,8 %, silicio alrededor de 2 %, manganeso 0,50- 0,70 y
elementos aleantes (Cr, Ni, Mo, Cu, etc..) cuya sumatoria es
inferior a 0,30 %. Diagrama Fe-C estable y metaestable (2) (6) Los
aceros, aleaciones ferrosas con relativo bajo carbono, se estudian
de acuerdo al diagrama metaestable, o Fe-cementita (ledeburita) sin
precipitacin de grafito. Tambin lo hacen de acuerdo a l, las
fundiciones blancas. El diagrama estable representa el equilibrio
entre ferrita y grafito, y correspondera a una velocidad de
enfriamiento terica e infinitamente lenta. La figura 1, representa
el diagrama metaestable; el estable est superpuesto y punteado y
difiere de aqul en porcentajes y temperaturas. En l se designan slo
los microconstituyentes metaestables; para el estable, deben
sustituirse la perlita, cementita y ledeburita simplemente por
hierro puro y grafito. Las fundiciones grises reales con un
agregado aproximado de 2% de Si, lo hacen intermedio entre estos
dos diagramas. El estudio profundo se complica adems de otros
temas, por tratarse de un diagrama terciario FE-C-Si. Pero
resumimos y simplificamos diciendo que cuanto ms alto C y Si y ms
lenta la velocidad de enfriamiento, tender al diagrama estable
(hiero-grafito); a menor C y Si, mayor presencia de aleantes como
el Mn, Cr, Mo, Ni y Cu, y ms rpido enfriamiento, la matriz tender
ms al metaestable (hierro-cementita). La vinculacin entre anlisis
qumico, propiedades y simplificacin del diagrama ternario a
simplemente binario, se obtiene fijando el Si en 2 %, y con el
concepto de carbono equivalente: % C.E. = % C + 1/3 (% Si + % P)
Como veremos en el desarrollo de las fundiciones grises, este valor
es ms importante que los porcentajes individuales de % C o % Si.
Caso similar para el nodular.
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Clasificacin de las Aleaciones Ferrosas En el cuadro 2, se
clasifican los metales utilizados para obtener piezas fundidas.
Como las fundiciones (aleaciones ferrosas de ms de 2,5 % C) no
satisfacen todas las necesidades de la tecnologa se incluyen aceros
que tambin se pueden obtener por moldeo; los No Ferrosos, son
nombrados solamente por escapar a la materia que estamos
desarrollando. Ms del 50% del volumen de las piezas se produce en
fundicin gris laminar; el resto en esferoidal, maleables, blanca,
aceros de diferentes tipos y no ferrosos. La industria automotriz
es la que ms consume gris y nodular. El consumo masivo y el hecho
que este metal no se trate en profundidad en otras materias,
justifica el estudio detallado que se da en este captulo. A su vez,
la fundicin gris laminar es la base para el estudio de las
fundiciones esferoidal, maleable y blanca (comn y especial) que se
desarrollan posteriormente. Tambin es bsico para las fundiciones
grises aleadas.
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CUADRO 2
Comn Laminar Aleada
Comn Blanca Aleada Acoquillada Fundiciones Atruchada Corazn
Negro Maleable Corazn Blanco Ferrosas Vermicular Piezas obtenidas
por moldeo Ferrtica Ferrtica-perltica Perltica Aleada
Esferoidal
Comunes Baja y media aleacin Aceros Inoxidables y refractarios
Hadfield (Mn) Resistentes al desgaste Cr, Ni, Mo
Bronces Base Cu Latones No ferrosas Base Al Superaleaciones Base
Ni Monel Stellite Base Co Imanes Base Zn Base Mg Aleaciones
livianas (Zamac)
10
4.4
Fundicin gris laminar comn 4.4.1 Caractersticas (1)
a) Son aleaciones de Fe-C-Si, que contienen Mn para mejorar sus
propiedades. El fsforo (P) y el azufre (S) se encuentran presentes
como impurezas. b) El contenido de carbono (C) es superior al de
los aceros (2,5 a 4,5%). c) En la mayora (salvo las totalmente
ferrticas), el carbono se presenta simultneamente como libre
graftico en lminas, y combinado en forma de carburos, sea en la
perlita o libre. Estas lminas de grafito, le dan las caractersticas
fundamentales: Fractura de color gris, de donde proviene su nombre.
Baja resistencia a la traccin y deformacin nula. Excelente
maquinabilidad por su fcil arranque de viruta y lubricacin del
grafito. Alta absorcin de vibraciones en mquinas y motores. Buena
resistencia al desgaste. d) La forma prcticamente definitiva de la
pieza deseada se obtiene por colado. No admite deformacin plstica
ni en fro ni en caliente (forja, laminado, etc. ). Su unin por
soldadura es posible pero muy complicada y con precauciones. Admite
slo mecanizado. Para numerosos elementos de mquinas y motores, sus
propiedades mecnicas son suficientes. e) En comparacin con las
fundiciones de acero: Mucho mas baratas. Su fabricacin es ms
sencilla y los equipos necesarios ms econmicos. Generalmente se
utilizan sin tratamiento trmico. La precipitacin del grafito
compensa la contraccin durante la solidificacin, lo que produce
mayor estabilidad dimensional y menos defectos en las piezas. Su
menor punto de fusin permite: Que se puedan obtener piezas ms
delgadas y de geometra complicada. Uso de materiales refractarios y
de moldeo de menor costo. Menor consumo de energa para la fusin
Menores defectos por agresin o reaccin del molde con el metal
(gases, metalizaciones, etc.). f) Todas estas caractersticas hacen
que el uso de la fundicin gris sea tan extendido. Si bien la
fundicin esferoidal tiene excelentes propiedades mecnicas (cercanas
a la de los aceros), su costo es un 20 - 40 % superior al de la
gris y un 30 - 40 % inferior al del acero. 4.4.2 Proceso de
fabricacin: La fundicin gris se obtiene generalmente de horno
cubilote. Pero, en la medida que aumentan las exigencias de calidad
y complejidad de las piezas, se torna necesario el uso del horno
elctrico. Actualmente, el menor costo relativo de la energa
elctrica frente al coque, el menor valor de los hornos induccin, y
bsicamente las restricciones de contaminacin de los cubilotes,
lleva al mayor uso de los elctricos. Tambin se est usando como
alternativa, hornos rotativos a gas. Se emplea como materia prima
diferentes proporciones de arrabio o lingote de hierro, chatarra de
fundicin, retorno de coladas y chatarra de acero. Para obtener en
cada caso la composicin y caractersticas deseadas, se hacen
adiciones de ferrosilicio, ferromanganeso, y en algunas
oportunidades ferrocromo, ferromolibdeno, cobre, nquel, etc. El
fundidor, debe aplicar las tcnicas que le ofrece la tecnologa, para
garantizar la integridad de las piezas fundidas, homogeneidad del
material, terminacin superficial y propiedades mecnicas que exige
la norma. Sern totalmente diferentes las tcnicas de produccin tanto
de moldeo como metalrgicas para un mltiple de escape o aro de pistn
(piezas livianas y finas), y una bancada de torno, o matriz de
estampado, piezas pesadas y gruesas. 4.4.3 Metalografa
11
En la figura 2 se puede observar la microestructura de una
fundicin gris hipoeutctica con un aumento de 100 veces; se muestra
simplemente pulida con las lminas de grafito interrumpiendo la
estructura metlica; la que descubre la matriz mediante el ataque
con nital 3 %, no se muestra ya que al ser por lo general
totalmente perltica, se confunde el gris de la perlita con las
lminas negras de grafito. Si posee bastante ferrita, se nota el
color blanco opaco de esta. Los constituyentes de las fundiciones
comunes, son: * Carbono graftico: Es una de las formas que se
presenta el carbono dentro de la fundicin, y causante de la
discontinuidad de la matriz, que empeora sus propiedades mecnicas;
esta disminucin depende de la cantidad, forma, tamao y distribucin
de las lminas; y es el origen de las diferentes calidades para una
misma matriz. * Perlita: Aumenta la dureza y traccin de una
fundicin, y permite su correcta maquinabilidad. Las fundiciones de
traccin superior a 200 Mpa., son esencialmente perlticas. En la
micro atacada, aparece color gris. * Ferrita: Es el componente ms
blando de la matriz, y se presenta contra las lminas por facilidad
de difusin del carbono. En las de alta resistencia, aparece muy
poca. * Cementita: Cuando se presenta en forma masiva, aumenta la
dureza y fragilidad, y disminuye la maquinabilidad de las piezas.
No es deseable en altos porcentajes para las fundiciones comunes. *
Steadita: Es un compuesto intermetlico de hierro y fsforo, que se
presenta cuando el porcentaje de ste supera el 0,20 %. Existe una
estrecha correlacin entre la composicin qumica, metalografa y
caractersticas de las fundiciones grises: Las ferrticas brutas de
fusin por lo general son hipereutcticas, con grafito primario
grosero, y bajas propiedades mecnicas. Como veremos ms adelante, su
principal aplicacin es para resistir alta temperatura y no
esfuerzos. Las perlticas son esencialmente hipoeutcticas; cuanto ms
finas, cortas y homogneamente distribudas estn las lminas de
grafito, mejores pueden ser las propiedades mecnicas de la
fundicin; se complementar con una perlita fina (sorbita), que es ms
dura y resistente que la perlita abierta. 4.4.4. Composicin Qumica:
Observamos en la tabla 15 de resumen y clasificacin, que las
dividimos en ferrticas y perlticas. El amplio rango de C, Si y Mn
que figura en ellas, se debe a las diferentes tracciones que
deseamos obtener, y a los espesores predominantes de las piezas que
colaremos. Los mayores tenores de C y Si y menores de Mn (0,45
mnimo), corresponden a las menores tracciones y durezas y/o menores
espesores de las piezas. Lo contrario para mayores tracciones y
durezas y/o espesores de las mismas. Las amplias fajas, son tambin
debido a que las normas no exigen rangos de composicin, y dejan
libre al fundidor siempre que consiga las propiedades mecnicas
especificadas. El no ser mandatorio el tratamiento trmico, tampoco
condiciona los porcentajes. La fundicin gris es considerada comn
cuando tienen mximo 0,30 % de aleantes; encima de ello, se toma
como aleada. Tiene los siguientes elementos bsicos, cada uno de los
cuales influye de manera diferente, tanto sobre la estructura como
las propiedades mecnicas: Carbono: Como en toda aleacin ferrosa, es
el principal elemento qumico que influye en las caractersticas.
Silicio: Luego del carbono es el elemento ms importante de las
fundiciones. Se encuentra presente en 1,5 a 3,5 %, y favorece la
precipitacin del carbono en forma de grafito y la presencia de
ferrita. Carbono Equivalente: No se debe confundir con el que
define la soldabilidad en los aceros. Se define como: % C + 1/3 (%
Si+% P); y en fundiciones grises y nodulares, su valor es ms
importantes que el carbono y silicio aisladamente. Las propiedades
de las fundiciones estn fuertemente relacionadas con l. Manganeso:
Es otro de los elementos fundamentales en las fundiciones grises;
estabiliza la perlita, y para bajos espesores y bordes, su exceso
puede favorecer la precipitacin de carburos y correspondientes
puntos duros. No tanto sin
12
embargo como el cromo y molibdeno. Contrarresta el efecto nocivo
del azufre sobre las propiedades mecnicas, y tendencia de ste a
estabilizar carburos. Azufre y Fsforo: Son considerados impurezas
no deseadas en la fundicin. Si bien el ltimo suele agregarse para
ayudar a la colabilidad del metal, o a formar red de Steadita para
fundiciones especiales sometidas al desgaste.
Hasta aqu, los elementos que componen todas las fundiciones
grises comunes. Para cumplir las especificaciones de propiedades de
normas o algunas caractersticas particulares de materiales y usos
especiales, intervienen los siguientes elementos: Molibdeno: Es
utilizado para afinar el grano y dar mayor templabilidad a
fundicin. Cobre y Nquel: Se emplean para estabilizar la perlita. No
favorecen formacin de carburos. El nquel en las especiales se usa
para estabilizar austenita. Cromo: Favorece la templabilidad y
precipitacin de carburos, y propicia formacin de fundicin blanca o
atruchada. la la la la
4.4.5 Velocidad de enfriamiento: La precipitacin del grafito,
difusin del carbono, y constitucin de la matriz (carburos, ferrita,
perlita), adems de la composicin qumica y proceso de fabricacin del
metal, dependen fundamentalmente de la velocidad de enfriamiento;
por lo tanto, la dureza y la resistencia de una misma composicin
variarn con los diferentes espesores. Teniendo en cuenta este
hecho, las exigencias de determinadas especificaciones de norma
para los distintos tipos de fundicin, estipulan valores diferentes
de resistencia a la traccin y dureza en funcin de las secciones de
probetas de ensayo. En general los valores de resistencia son
obtenidos de probetas de 30 mm. de dimetro en estado bruto de
colada; las medidas de las probetas mecanizadas se estipulan en la
norma IRAM 500. 30
25
HB 140 P 30% F 70%
HB 160 P 50% F 50%
HB 180 P 75% F 25%
HB 210 P 100% F 0%
HB 350 P 80% Fe3C 20%
Figura 3
Probeta Escalonada
En las fundiciones, la influencia de espesores y velocidad de
enfriamiento es muy superior respecto a los aceros. Para
explicarlo, colamos un mismo metal en una probeta de forma
escalonada de seccin tal como la figura 3; tendremos que los
mayores espesores y velocidades muy bajas de enfriamiento favorecen
la formacin de fundicin gris y ferrita, con correspondientes bajas
durezas. Por el contrario, las altas velocidades no permiten la
precipitacin de grafito y llegan a provocar la formacin de fundicin
blanca. Los valores del grfico son slo a ttulo informativo, no
datos reales. Los grficos 4 y 5 siguientes, como consecuencia de lo
explicado anteriormente, muestran la variacin de la dureza y
traccin para diferentes metales en funcin de los espesores.
Evidentemente, las curvas superiores, corresponden a fundiciones
que por su composicin qumica y procesos de fabricacin son de
tendencia ms dura y alta traccin que los inferiores.
13
Debemos tomar con pinzas el grfico de traccin extrado de
bibliografa, porque con facilidad indican tracciones superiores a
280 Mpa., cuando no es tan simple en fundicin gris como
insistiremos ms adelante. Es tambin ejemplo de influencia del
enfriamiento, el ensayo de cua practicado en planta para idea rpida
de calidad del hierro a fundir. 4.4.5 Propiedades Mecnicas (1),
(2), (3), (4), (5) El Cuadro 3, resume los valores de las
principales propiedades mecnicas, proporcionados por la norma DIN.
Damos tambin cuadro de las normas IRAM y ASTM en el punto
siguiente. Agregamos los siguientes comentarios: Resistencia a la
traccin: Es la propiedad ms frecuentemente especificada debido a su
importancia en el diseo de la pieza. Para seleccionar un material,
el proyectista debe conocer perfectamente las propiedades de las
aleaciones a utilizar. Si se compara con aceros o fundicin nodular,
el proyectista considera en estas el lmite elstico o de fluencia;
las fundiciones grises como no poseen prcticamente deformacin, el
lmite elstico es levemente inferior a la resistencia a la traccin.
Si consideramos esto exclusivamente, concluiremos que desde el
punto de vista del proyectista, no es tanta la diferencia de
resistencia a la traccin entre las fundiciones grises y los aceros
de bajo carbono sin alear, o los nodulares ferrticos; cambia
totalmente si necesitamos deformacin e impacto, y consideramos el
margen que queda de seguridad hasta el lmite de rotura. Las
propiedades de los metales en general son afectadas por la
velocidad de enfriamiento y solidificacin; en el caso de la
fundicin gris, como lo mostramos en el punto anterior, stas son
particularmente sensitivas. La resistencia y dureza varan tambin de
acuerdo al espesor. Cada pieza particular, de acuerdo a sus formas
y espesores, tendr una velocidad de enfriamiento distinta que
incidir en sus propiedades finales de acuerdo al
Figura 4
Influencia del espesor en la dureza400
Dureza Brinell
300
200
100 0 14 28 42 56 70Espesor de pared mm
14
Figura 5
49
Espesor vs. propiedades mecnicas42
Resistencia a la traccin Kg/mm2
35
28
21
14
70 14 28 42 56 70Espesor de pared mm
tipo de metal usado y a la forma en que ha sido colado. Es por
este motivo que el fundidor puede moverse dentro de ciertos rangos
de composicin qumica para obtener as los resultados fsicos
correspondientes a las normas. Ellas reflejan en sus distintos
tipos, la resistencia mnima a la traccin exigida para determinado
espesor de la probeta de ensayo. La resistencia al corte es
aproximadamente igual a la resistencia a la traccin. Dentro de la
presencia de grafito, estructuras y composiciones usuales exigidas
en las normas, existe una correlacin bastante marcada entre la
dureza Brinell y la resistencia a la traccin. Por este motivo, la
tendencia del control de recepcin es exigir en determinadas zonas
crticas de la pieza a producir, un rango de dureza que asegure en
ese sitio una resistencia adecuada al clculo de diseo. Adems, entre
otras ventajas, el ensayo de dureza es sobre la pieza y no
destructivo, y por ende muy apreciado.
15
Cuadro 3 Propiedades Mecnicas Bsicas de Fundicin Gris, segn
Norma DINTipo Estructura Resistencia a la traccin ( Kg/ mm2 )
Resistencia a la flexin ( Kg/ mm2 ) Resistencia a la compresin (
Kg/ mm2 ) Dureza Brinell HB 30 Mdulo de elasticidad ( 103 Kg/ mm2 )
Resistencia al Corte ( Kg/ mm2 ) GG-10 GG-15 Ferrtic a 10 15 GG-20
GG-25 GG-30 GG-35 GG-40 Perltica 20 25 30 41 - 55 35 47 61 40 53
67
20 - 31 23 - 37 50 - 60 55 - 70 140190 7,5-10 170-210 8-10,5
29 - 43 35 - 44
60 83 70 - 100 82 - 120 95 - 140 110-140 180240 9-11,5 200-260
210-280 210-280 230-300 10,5-12 11 - 14 12,514,5 12,515,5
Aproximadamente igual a la resistencia a la traccin
Resistencia a la fatiga ( Kg/ mm2 0,35 0,5 veces de la
resistencia a la traccin ) Resistencia al impacto ( Kg/ 0,2 mm2
)
0,6
Los valores de resistencia a la traccin y dureza dependen
considerablemente de las velocidades de enfriamiento durante y
despus de la solidificacin. Los valores representados son vlidos
para cuerpos de aprox. 30 mm de dimetro; secciones menores
presentarn una estructura principalmente perltica y por ello una
resistencia a la traccin y dureza mayores; por el contrario,
secciones mayores presentarn estructura fundamentalmente ferrtica y
con ello menor resistencia a la traccin y dureza.
Resistencia a la compresin: La fundicin gris tiene una buena
resistencia a la compresin, generalmente tres a cuatro veces su
resistencia a la traccin. Esto tiene una influencia decisiva en el
diseo de las piezas. Se toma como base, la colocacin de nervaduras
a la compresin, generalmente acompaadas de un reborde para evitar
esfuerzos de traccin reemplazando las vigas de tipo I en tipo T.
Cuando se utilizan las piezas que trabajan bsicamente a la
compresin, como bases, matrices para estampado, etc., su desempeo
se asemeja a la de un acero de alta resistencia. Mdulo de
elasticidad: Las fundiciones grises no responden a la ley de Hooke,
por lo que no hay proporcionalidad entre tensiones y deformaciones.
Es decir, el mdulo de elasticidad no es constante y se determina
arbitrariamente como la inclinacin de la lnea que une el punto de
origen de la lnea de tensindeformacin con el punto correspondiente
a la cuarta parte del lmite de resistencia a la traccin. El mdulo
de elasticidad vara de 8000 a 15000 Kg/cm2, dependiendo
principalmente del volumen y de la forma del grafito y, en menor
proporcin, del tipo de matriz. En aplicaciones que requieren
elevado choque trmico y mxima capacidad de absorcin de vibraciones,
el mdulo de elasticidad debe ser bajo, correspondiendo con lminas
de grafito grueso, de composicin qumica hipereutctica. Resistencia
a la fatiga: Corresponde un 35-50 % de la traccin. En contraste con
otros metales la influencia de la entalla es menor, y por este
motivo puede reemplazar en algunos casos crticos al acero u otros
metales. Alargamiento y ductilidad: La fundicin gris carece
completamente de alargamiento y ductilidad apreciables. Otra
limitacin es su relativa baja resistencia al impacto, propiedad que
mejora al disminuir su dureza. Cuando esta ltima propiedad es
imprescindible para la funcin que se desea, conviene remplazarla
por fundicin nodular ferrtica.
16
Dureza: El rango de dureza de la fundicin gris es similar al de
los aceros; sin embargo, una equivalencia de la dureza de los dos
materiales no puede interpretarse como indicativo de que tambin lo
sean otras propiedades, principalmente la traccin y flexin.
Repetimos que existe mucha correlacin entre dureza y traccin en las
fundiciones grises; en forma muy aproximada, para ese material
podemos decir que la dureza Brinnel, equivale a la resistencia a la
traccin en Mpa. Resistencia al desgaste: La fundicin gris se
caracteriza por su alta resistencia al desgaste, principalmente en
condiciones de deslizamiento metal-metal. En general la resistencia
al desgaste aumenta con la cantidad de grafito, o por
endurecimiento superficial. Capacidad de absorcin de vibraciones:
La energa absorbida por ciclo es del orden de 10 veces la del
acero. Cuanto menor es su resistencia a la traccin, mayor es su
capacidad de absorcin pues el efecto principal lo constituye la
mayor cantidad y tamao de las lminas de grafito. 4.4.6 Normas Gris:
(2), (4), (5), (6) 4.4.6.1 Nomenclatura:
Como dijimos, todas las normas aplican un cdigo para unificar
criterios y sintetizar una cantidad de informacin y caractersticas
sobre cada material. Para gris, normalmente utilizan letras que
simplifica Fundicin Gris, y luego la resistencia a la traccin
mnima, sea en kg/mm cuadrado (DIN GG-15), Mpa (IRAM FGL 200), o psi
(SAE, ASTM G-3500). 4.4.7.2 Exigencias:
La parte especfica de lo que debe cumplir el metal, corresponder
a las caractersticas fundamentales de la fundicin gris: Estas son
traccin mnima, dureza Brinell y dimensiones de las probetas sobre
las que se debe hacer la traccin. La dureza debe ser sobre las
piezas, a veces en el lugar que especifica el usuario. Las
restantes informaciones de las normas son apenas complementarias y
orientativas. 4.4.7.3 Comentarios y resumen:
En el cuadro 4, damos el resumen de la norma IRAM 629 en sus
diferentes grados, con las propiedades de traccin y dureza exigidas
en funcin del dimetro de las probetas de ensayo bruta y mecanizada;
se agrega la tabla de la misma norma que especifica el dimetro de
la barra para extraer las probetas representativas para hacer los
ensayos, en funcin de los espesores predominantes de las piezas a
fundir. Damos adems la nmina de las normas de gris de diferentes
institutos. Destacamos para la seleccin de fundicin gris que si
bien estn normalizados los metales con resistencias superiores a
260-280 Mpa, hasta 400 Mpa, estos son difciles y costosos de
obtener; no todos los fundidores estn en condiciones de
garantizarlos mecanizables y sin puntos duros, y deben recurrir a
aleantes y tratamientos trmicos. Si debemos elegir un metal slo
porque el proyecto exige ese rango superior de resistencia a la
traccin, aconsejamos pasar a las fundiciones esferoidales que en
cualquiera de sus calidades supera los 400 Mpa, con el adicional de
poseer alargamiento. Su costo ser similar o inferior a la gris
especial para esas tracciones altas. En el caso de escoger esos
materiales de alta traccin por su dureza superior para resistir
desgaste u otro motivo especial sin necesidad de traccin alta,
mantener el gris porque una nodular dura ser ms cara, para
aprovechar las mismas caractersticas buscadas.
17
Cuadro 4
Gris Laminar norma IRAM 629Dimetro de la Dimetro de la barra de
probeta ensayo mecanizada (mm) (mm) 30 20 13 8 20 12,5 30 20 45 32
13 8 20 12,5 30 20 45 32 13 8 20 12,5 30 20 45 32 20 12,5 30 20 45
32 20 12,5 30 20 45 32 Espesor Predominante e (mm) Hasta e < 9 9
< e < 15 15 < e < 20 20 < e < 35 Resistencia a la
Dureza traccin mnima HB (Mpa) 100 230 180 150 110 280 230 200 160
330 280 250 230 330 300 260 380 350 310 Dimetro de la barra de
ensayo D (mm) 13 20 30 45 240 225 210 200 255 235 225 215 270 250
240 230 270 260 250 280 270
GradoFGL 100 FGL 150
rinell
FGL 200
FGL 250
F GL 300
FGL 350
Con el respeto que corresponde ya que otras institutos tambin
usan ese criterio, entiendo mal especificada en la IRAM la dureza
de la fundicin gris slo con los mximos. Es poco creble una FGL 150
con una dureza Brinell de 197, o hasta 240 para espesores menores;
o una FGL 350 con dureza Brinell 170; en ambos casos hipotticos,
cumplira la norma, y es imposible. Por ese motivo, se agrega en
cuadro 5 resumen de las normas ASTM-A 159 y SAE J 431 b; adems de
especificar rangos de dureza y darle mayor importancia que a la
propia traccin, clasifica slo hasta 280 Mpa de resistencia, ms
coherente con lo que aconsejamos y explicamos en la parte terica.
Observar que como se dijo y como lo muestran las figuras 4 y 5, con
una misma composicin qumica y procesamiento del material, la
traccin y dureza de la fundicin gris varan sensiblemente en funcin
de las velocidades de enfriamiento y espesores. La mayora de las
normas consideran esta variable; la IRAM, dando la tabla mencionada
de dimetro de probeta. Como as tampoco exigen una composicin qumica
estricta, sino orientativa; salvo mximos de S y P, casos
particulares aislados; recordemos que estamos viendo fundiciones
grises comunes, sin aleaciones especiales, o muy bajas (0,30 %
mximo).
18
CUADRO 5 Gris laminar, ASTM A159 y SAE J 431bResistencia mnima a
la traccin Carga de rotura mnima en flexinKg
Calidad
DurezaHB
Flecha mnimaPulg. mm
Estructura
103 PSI Kg/mm2 Lb
G 1800
148 187 170 187 207 217 -
5 4,4 4,5 4 4,4 3,9 4,2 3,8 4,4 3,7
18 25 30 35 40
14 17,5 21 24,5 28
1720 780 2000 910
0,14 3,5 0,17 4,5
Ferrtica Perltica Perltica Ferrtica Perltica
G 2500 229 G 3000 241 G 3500 255 G 4000 269
2200 1000 0,20 5,1 2450 1090 0,24 6,1 2600 1180 0,27 6,9
Perltica
Perltica
La nmina de normas para fundicin gris de otros entes son: ISO R
185; DIN 1691; ASTM A 48; BS 1452;UNI 5007; ABNT EB-126.
4.4.8 Usos y Aplicaciones (2), (6) Es extensa la lista de piezas
que se producen en fundicin de grafito laminar, como lo indica el
alto volumen de produccin dentro de los materiales obtenidos por
moldeo. Comenzaremos por las ferrticas (FGL 100, FGL 150), con
carbono equivalente alto y grafito grosero; esto le confiere baja
resistencia a la traccin (120-140 Mpa), por lo que no se utilizan
para partes mecnicas. En cambio el grafito grosero le da mayor
conductividad trmica y posibilidades de absorber los cambios de
dimensin por choque trmico; son utilizados para resistir alta
temperatura, como lingoteras para ferrosos y no ferrosos. Las
perlticas, tienen su uso mucho ms extendido, desde 180 Mpa. de
traccin hasta 260280 o ms; si bien las hemos clasificado
fundiciones comunes sin aleacin, para la faja de alta traccin
comienza a ser necesario el aporte de aleantes como Cr, Ni, Cu o Mo
en proporciones hasta 0,5 - 1,0 % en total. Para algunos usos
especiales, tambin se exige presencia de aleantes en particular. La
industria automotriz, por variedad de piezas y ser en grandes
series, es el principal consumidor de fundicin gris; si bien en los
ltimos aos ha mermado porque piezas como los blocks, tapas de
cilindro, mltiple de admisin, cuerpos de bomba de agua y aceite,
soportes, etc., pasaron en gran parte a ser producidas en aluminio
por su menor peso especfico. En otros casos fue sustituido por el
nodular, de mayor resistencia, y posibilitando el uso de piezas de
menor dimensin y peso. Otras piezas en esta lnea, son: campanas y
discos de freno, discos de embrague, mltiples de escape,
cubrevolante, carcazas de caja de cambios y direccin, tapas de
cojinete, engranajes y un sinfn de piezas ms. Tractores, mquinas
viales y autoelevadores. En este rubro, las piezas son muy pesadas
y groseras; cuerpo, crter de tractor porque el propio equipo exige
mucho peso; de hecho se fabrican contrapesos para tractores, y las
parte del carrozado de los autoelevadores se hacen de fundicin
maciza para contrarrestar las cargas que se transportan. En esta
lnea, suman tambin las partes de motor, transmisin y generales de
los vehculos. Otro consumidor importante especialmente en nuestro
pas, es el de mquinas agrcolas, que mantiene en actividad a muchos
establecimientos chicos del interior del pas. Es variadsima la
cantidad de piezas que genera, y como veremos en la estadstica, en
porcentaje pas del 4,5 % en 1977 al 22 % en el 2000. Mquinas y
equipos, va desde los pequeos hasta los de gran tamao: bases,
bancadas, pies y estructuras, poleas, volantes, engranajes,
pistones y cilindros, carcazas, cajas reductoras, equipos de
perforacin y bombeo de petrleo, bombas y compresores, grandes
matrices para
19
estampado de carroceras y electrodomsticos, bombas de vaco,
equipos para molienda de caa de azcar, cilindros de laminacin,
carcazas de motores elctricos, mquinas de imprenta, inyectoras de
plstico, ascensores para edificios, equipos para curtiembres y
aceras, cortadoras de mrmol y cemento, mquinas de balanceo, llenado
de gaseosas, envasadoras, morzas . etc.. Elementos ferroviarios
como silletas, zapatas, cajas graseras, frenos. Complementa otros
rubros como quemadores y cuerpos de calentamiento para calderas;
parrillas y hornallas para cocinas; equipos de adorno y domsticos
como planchas a carbn, bancos, salamandras, ollas, churrasqueras,
braseros; accesorios sanitarios como caos centrifugados, tapas de
desage, compuertas, valvulera en general, cajas de registro de
calles para telefnica y servicios de agua, etc.. Es interminable
las industrias que en mayor o menor volumen, utilizan piezas en
fundicin gris. 4.4.9 Estadsticas: (7), (8), (11), (12) A)
Nacional:
Todo el anlisis se basa grficos similares al cuadro 7,
publicados anualmente en sucesivos nmeros de la revista El Fundidor
de la Cmara Argentina de Fundidores. El Cuadro 6, se obtuvo uniendo
los similares al cuadro 7 emitidos en diferentes pocas; se llega a
las siguientes conclusiones: a) Desde 1977 al 2000, la produccin de
gris baj al 27,5 %. Si el ao 2002 fue aun inferior, podemos pensar
que se produjo un 20 %. Es la muestra de lo sucedido en todas las
ramas de la produccin que desemboc en la crisis moral, social,
poltica, laboral, sanitaria y educativa de la poca; resumen de la
vergenza nacional e internacional, y la prdida de dignidad de la
mayora de los argentinos. Problemas econmicos que llevaron a la
emigracin de jvenes, profesionales y gente capacitada, originando
conflictos y disgregacin de muchas familias argentinas. No afecta a
dirigentes que lamentablemente se quedan en el pas, adems porque
nadie los quiere en ningn lado. Por favor, que la historia no los
olvide ni tenga compasin; la evolucin econmica personal de la
mayora de los responsables a lo largo de esos aos, fue inversa a la
del pas que administraron. b) Colaboraron con la cada general de la
produccin de gris: - Sustitucin ya comentada de piezas de gris por
nodular y aluminio, ambas de menor peso; por menor tamao la primera
al poseer mejores propiedades mecnicas, y por bajo peso especfico
la segunda. - Equipos ms pequeos con variadores de velocidad
electrnicos en lugar de mecnicos. - Menor reposicin de piezas por
mejora del nivel de calidad de las mismas. - Rubros que han sido
sustituidos por plstico como caos sanitarios, baaderas, fitting. -
Lingoteras que no se utilizan prcticamente por la implantacin de la
colada continua. c) Como veremos en la estadstica de produccin
mundial, la produccin de gris no cay tan abruptamente, y con
seguridad fue por los motivos tecnolgicos mencionados. En nuestro
pas se sumaron entre otras, las siguientes causas: - Prcticamente
no se fabrican ms vehculos de pasajeros, transportes, o tractores:
se pierden bloks, tapas, volantes, cubrevolantes, cigeales, rboles
de levas, tapa de bancadas, y todo el conjunto de piezas que
acompaa, como vimos en Usos y Aplicaciones. Se importa para armar
aqu, o directamente se trae todo el vehculo. - La produccin de
piezas pesadas, desapareci prcticamente: Equipos de bombeo de
petrleo, matricera para estampado de carrocera de automotores,
tractores, mquinas viales, cosechadoras, mquinas herramientas;
salvo raras excepciones, no qued nada. Todo se importaba, y se
cerraron las fbricas locales. Nadie era eficiente y serio ?. Por
favor que la historia no olvide a nadie...... d) A fines del 2002,
se insinu una reactivacin que esperemos sea permanente y marque la
paulatina recuperacin de los niveles que debe tener un pas
razonablemente industrializado como pretendemos y merecemos. e)
Estoy corrigiendo y completando los apuntes, y pensaba sacar los
conceptos personales y quizs apasionados de un momento. Pero es 21
de junio del 2008, y est vigente el conflicto agrarioretenciones
(90 das) y de transporte. Decido dejar lo anterior, y desear que me
equivoque en lo que pienso esto deparar a la sociedad argentina.
Los sectores responsables y en pugna encapsulados en sus
posiciones, defendiendo al pueblo segn ellos. Pero poniendo en
peligro esta franca recuperacin que tanto nos ha costado y la
situacin mundial nos ofrece.
20
A.1)
Evolucin de la produccin de gris:
Cuadro 6
Cuadro 7
Estadstica de fundidos, 1993-2005
F und. G ris140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
2005
F. Esferoidal70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 1993
1995 1997 1999 2001 2003 2005
F . Maleable6.00 4.00 2.00 0.00 1993 1994 1995 1996 1997 1998
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Ac eros20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1993 1994 1995 1996 1997 1998
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
21
B as e c obre8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 1993 1994 1995 1996 1997
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
B as e Al30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1993 1994 1995
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
* Nota: Los aos que figuran en blanco es por falta de datos
precisos al respecto. No obstante, se puede tener una idea de la
evolucin de cada aleacin.f) Con la informacin proporcionada por
grficos similares al cuadro 7 publicados anualmente, vemos en el
cuadro 8, como la participacin porcentual del gris en el total de
fundidos fue disminuyendo a expensas bsicamente del nodular y
aluminio; del 78,11 que representaba en al 77, pas al 52,4 en el
2000; damos tabla de evolucin para los principales metales, a la
que haremos referencia cuando los veamos posteriormente. g) En los
totales fundidos para todos los materiales dados en la misma tabla
8, observamos que la produccin de fundidos del 2000, fue del 40,5 %
respecto al 77. Si lo comparsemos con el 2002, no pasara del 30 %.
h) No obstante, observamos en el cuadro 7, una franca recuperacin
de los volmenes del 2002 al 2005, que se mantuvo en el 2006 y
2007.
Cuadro 81977 GRIS NODULAR ALUMINIO MALEABLE ACEROS 78,11 8,24
sin datos 3,57 12,30 1992 63,53 13,80 6,02 3,09 10,22 1997 55,01
23,30 8,06 2,82 7,00 2000 52,40 26,60 10,13 2,11 5,91 2002 52,16
28,65 9,40 2,05 5,14 2005 50,4 28,8 10,75 2,38 5,85
TOTAL
291,25
181,00
163,00
118,40
136,10
222,2
A.2
Destino de las piezas fundidas en gris:
Grficos de este tipo tambin publicados por la Cmara Argentina de
Fundidores, adjuntamos solamente el cuadro 9 correspondiente al 97,
habiendo similares para todos los aos. Comparando con sus pares,
extraemos las siguientes conclusiones: a) En los aos 82, 93, 97 y
2000, la industria de vehculos dividida en cuatro rubros
(automotriz, vehculos comerciales y transporte, tractores y
maquinas agrcolas), ocupa el mayor porcentual: 61, 65, 75,3, y 73,2
respectivamente. Son los principales consumidores tambin de
nodular. b) Los rubros productos y tubos sanitarios y lingoteras
comentados en el punto b) anterior, eran importantes en el 82,
disminuyeron sensiblemente en el 93 y desaparecieron en el 97 y
2000.
22
c) Posterior al ao 2000 el deterioro fue mayor, habiendo rubros
que desaparecieron. Los ya mencionados, y otros muchos imposible de
describir. El cierre de fundiciones fue tal, que hasta la Cmara
Argentina de Fundidores que las nuclea qued reducida a su mnima
expresin y no tuvo posibilidad de continuar publicando nuevas
revistas ni Guas. d) Se observa entre los aos 82 y 2000, un
permanente aumento porcentual del consumo destinado a mquinas
agrcolas; del 4,5 %, pas al 22 %. De 3924 ton., a 12400 en plena
crisis.
Cuadro 9
Distribucin por sectores de fundicin gris - 1997 -
7 6
8
9
1 5
4 2 31 Industria automotriz (blocks y campanas de freno) 4
Maquinaria agrcola (Elementos en gral.) 7 Artefactos domsticos
(cocinas, parrillas hornallas) 2 Vehculos comerciales (blocks y
campanas de freno) 5 Maq y equipos (cuerpos, volantes, poleas) 8
Instalaciones hidrulicas (vlvulas, accesorios) 3 Maq. Viales,
pesadas (elementos en gral.) 6 Elementos ferroviarios (zapatas,
frenos, etc.) 9 otros elementos
35,9 % 20,0 % 2,6 %
8,8 % 8,0 % 5,6 %
8,5 % 7,6 % 3,0 %
B)
Internacional:
a) Extraemos de diversos nmeros de las revistas Cast Metal y
Fundio e Servios de la ABIFA (Associao Brasileira de Fundio), datos
de produccin de fundidos en Brasil: - Entre 1980 y 1995, la
produccin anual de fundidos se mantuvo en 1750 t/ao; oscil entre un
mximo de 1834 en 1986, y 1079 en 1983.
23
- La exportacin creci de 76 a 277 ton.; el nmero de talleres de
fundicin disminuy de 1533 a 1040, y la produccin en ton-ao por
operario creci de 20,8 a 30,7. - En el ao 2000, produjo 1.570.000
tn. de fundidos, lo que indica que continu oscilando en valores
similares (fig. 7). - En el mismo ao, 46,9 % se destin a la
industria automotriz, y el 15,1 % se export (fig. 6). - Est entre
los diez mayores productores del mundo. - En mayo de 2002, produjo
173.000 tn., 36 % superior al mismo mes del ao anterior, a pesar de
una crisis energtica que en alguna medida los limit.
FIGURA 6
Distribucin sectorial de ventas de fundicin 1996 - Brasil -
Infraestructura 3% Ind. Automotrz 47%
Exportacin 15%
Industria 17% Otros 12% Sector 6%
- En 1977-80, la produccin de gris y nodular brasilea, era 7
veces superior a la argentina. Al ao 2000 esa relacin es
insignificante. Mucho peor en el 2002. - Estos datos estos como
muchos otros los damos no para deprimirnos, sino para ver el
potencial y posibilidad de futuro en esta industria tan venida a
menos en nuestro pas.
FIG. 7 PRODUCCIN SEMESTRAL DE FUNDIDOS EN BRASIL
1000
Produccin semestral de fundidos '91 - '96 (Brasil)900 800 700
600 500 400 300 200 100 0
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
24
b) Confirmando las tendencias ya marcadas, la revista Cast Metal
nos informa que entre 1995 y 1999, tuvo la siguiente variacin
porcentual la produccin de fundidos ferrosos (Cuadro 10).
CUADRO 10Gris Nodular Maleable Acero Total ferrosos Aluminio
Magnesio Cobre Cinc Media total Nivel Mundial -4,00 8,00 -25,00
-12,00 -2,00 23,00 90,00 5,00 10,00 1,00 Europa -7,00 8,00 -27,00
-16,00 -3,00 27,00 200,00 -4,00 4,00 igual
c) Tomamos informe de revista Fundio e Materias Primas de agosto
2002 sobre produccin mundial; damos varios grficos de la misma, y
sacamos los siguientes comentarios: - En la figura 8, se muestra la
participacin de los principales pases del mundo. Argentina, tomando
la produccin del 97 en la que basamos el anlisis nacional,
representara un 0,25 %. Para la generacin de alumnos y jvenes que
leen esto, les dejamos la tarea de aumentar estos guarismos, que
como dijimos en el actual 2002 son an menores. - La misma fuente,
dice que en el mundo el 53 % de los fundidos son en laminar y 21 %
de nodular. El 52,4 y 26 argentinos son similares.
Fig. 8
DISTRIBUCIN DE PRODUCCIN DE FUNDICIN GRIS POR PAISESTaiwan 2%
Mxico 2% Corea 2% Brasil 2% Inglaterra 3% Italia 4% Francia 4%
India 5% Alemania 7% Japn 10% China 16% Otros Polonia 13% 1% USA
22%
Rusia 7%
25
FIG. 9 EVOLUCION DE LA PRODUCCIN MUNDIAL DE GRIS45000 40000
La figura 9 muestra que mundialmente tambin baj el volumen de
produccin de gris entre el 90 y 98, si bien no tan drstica como en
Argentina, y seguramente debido a los cambios tecnolgicos
mencionados.
35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1990 1991 1992 1993
1994 1995 1996 1997 1998
4.5
Fundicin Nodular o Esferoidal:
4.5.1 Caractersticas:
Cuadro 11
Comparativa de PropiedadesEsferoidal Maleable Gris Acero
Moldeado Blanca 0,3 %C
Caractersticas Colabilidad Mecanizado Seguridad Amortiguacin de
vibraciones Endurecimiento superficial Mdulo de elasticidad
Resistencia al impacto Resistencia a la corrosin Resistencia / peso
Resistencia a la abrasin Costo de fabricacin
5
Mejor
Peor
La fundicin esferoidal o nodular, comparte con la laminar o gris
las ventajas de bajo punto de fusin, alta colabilidad, no exigir
tratamiento trmico, buena maquinabilidad y bajo costo de produccin
(25 % mayor que la laminar, 30 % menor que el acero); pero la
aventaja sensiblemente en sus propiedades mecnicas, que tienden a
las del acero; para la misma traccin, posee un alargamiento
inferior.
26
Por estos motivos, ha reemplazado con xito creciente a las
fundiciones gris y maleables, aceros fundidos, hierros forjados y
conjuntos laminados/soldados; permitiendo produccin ms simple y
econmica y piezas ms livianas por su mayor resistencia (cuando
sustituye a la gris); con amplio mercado en la industria
automotriz, implementos agrcolas, mquinas herramienta, matrices,
industria metalmecnica en general. Tal es as que actualmente, el 30
% de la produccin de fundidos es de nodular. En el cuadro 11, se
muestra una comparacin entre las propiedades de las diferentes
aleaciones ferrosas sin alear que se obtienen por moldeo. La
aparicin de carburos en espesores finos, es ms acentuado que en las
laminares. 4.5.2 Proceso de fabricacin: La obtencin de fundicin
esferoidal es similar pero algo ms complicada respecto a la gris;
exige ms la necesidad de utilizar horno elctrico, aunque hay casos
en los que se usa el horno cubilote con xito. 4.5.3 Principio de
nodulizacin: Se parte de un hierro similar al de gris, pero
fundamentalmente con bajo azufre; en estado lquido e inmediatamente
previo al colado de las piezas, se agrega pequeas cantidades de
Magnesio, Cerio y tierras raras. Elementos estos que actan durante
la solidificacin modificando la tensin superficial del grafito,
hacindolo precipitar en forma esfrica y no en lminas; de esta
manera se elimina el efecto de entalla que ellas ejercen, y se
logra la mejora de ductilidad y traccin mencionadas. 4.5.4
Composicin qumica: En el cuadro N 15 de resumen final de
fundiciones comunes, se puede observar las fajas con que se
trabaja. Salvo las siguientes diferencias, vale lo dicho para las
fundiciones grises, en cuanto al anlisis qumico: a) Carbono y
silicio algo superiores. b) Fsforo (P) y principalmente Azufre (S),
sensiblemente inferiores. El Azufre impide la nodulizacin y debe
estar en 0,02 % mximo. c) El Magnesio (Mg) residual entre 0,03 y
0,05 % para producir la nodulizacin. d) El Manganeso vara segn la
matrz que se desee, entre 0,4 - 0,8 % para perltica, y 0,1 % mximo
para ferrtica. 4.5.5 Metalografa: La forma esfrica del grafito
evita la concentracin de tensiones que producen las lminas en las
fundiciones grises, que actan como verdaderas entallas. Las
propiedades del hierro dctil (forma de denominacin tambin usada
para las fundiciones nodulares o esferoidales) dependen
principalmente de la forma y tamao de las esferas, y tambin de la
matriz. Para matrices iguales, las propiedades mecnicas de la
fundicin nodular sern mejores cuando las esferas sean ms perfectas,
pequeas y de tamao homogneo. Por este motivo, el control
metalogrfico cobra fundamental importancia en la recepcin de las
fundiciones nodulares. Si bien los vermes son perjudiciales, un
buen nodular admite hasta un 10 % de ellos. En la figura 8, se
puede observar una fundicin nodular sin atacar. Un nodular ideal,
sera con el grafito perfectamente esfrico, de tamao homogneo y lo
ms pequeo posible.
27
De acuerdo a su matriz se distinguen diferentes tipos de
fundiciones esferoidales: ferrtica, perltica, ferrtica-perltica,
martenstica, baintica, etc.. Las tres primeras normalmente se
obtienen brutas de fundicin en funcin de la composicin qumica,
espesor de la pieza y la velocidad de enfriamiento; pueden
complementarse con tratamiento trmico; las dos ltimas,
indefectiblemente con tratamientos trmicos especficos. La figura 9
muestra una nodular matriz ferrtica-perltica, con 100 aumentos,
atacada con nital 3 %, mostrando el caracterstico ojo de buey.
Contiene aproximadamente 40 % de ferrita, y 60 de perlita. 4.5.6
Tratamientos Trmicos: Si bien damos un captulo especial de
tratamiento para fundicin gris y nodular, vemos aqu un resumen. Una
matriz ferrtica se consigue con un recocido. Una perltica, aunque
difcilmente, se obtiene con un normalizado; la martenstica haciendo
un templando en agua o aceite desde 850 a 900. Si deseamos aumentar
la dureza y partimos de una fundicin blanda con alto tenor de
ferrita y sin aleantes, no es suficiente el normalizado; debemos
recurrir al templado y revenido. La baintica, de excelentes
propiedades mecnicas, se logra con Austmpering. Si bien en gris no
se aplican tanto los tratamientos trmicos, las reglas son
similares. La fundicin esferoidal se puede producir entonces con un
amplio rango de propiedades por la variedad de matrices que se
pueden obtener; brutas de fundicin, o aprovechando su excelente
respuesta a los diversos tratamientos trmicos. 4.5.7 Propiedades
Mecnicas: (3), (4), (5), (6), (10) Como propiedades ms importantes
se destacan la tenacidad y ductilidad. La tenacidad permite
conservar la forma e integridad de la pieza en servicio severos,
mientras que la capacidad de deformarse plsticamente sin romperse,
le confiere una seguridad adicional. La caracterstica que se toma
en cuenta para el diseo es la tensin de fluencia, valor superior a
los que ofrecen la misma propiedad de las maleables y la traccin de
las grises comunes. Cabe sealar la influencia del espesor de la
pieza en el tipo de fundicin que se obtiene. Para piezas delgadas,
deben emplearse mayores porcentajes de carbono y silicio que en
piezas gruesas, para evitar que se forme estructura blanca (con
cementita). Dijimos que es ms susceptible que la gris para
presentar zonas duras. Las propiedades dependen bsicamente del tipo
de matriz, y del tamao, la forma y distribucin de las esferas de
grafito. Cuanto ms pequeas y perfectas sean las (lo reiteramos),
mejores sern las propiedades mecnicas. Por otro lado la fundicin
nodular con matriz ferrtica se caracteriza por tener una
resistencia a la rotura baja, poca dureza, excelente ductilidad y
alargamiento, excepcional resistencia al choque, buena
maquinabilidad y tenacidad. La fundicin con matriz perltica se
caracteriza por su mayor resistencia a la rotura, dureza, menor
ductilidad, elevada resistencia al desgaste, tenacidad y gran
templabilidad. La sntesis de lo dicho, se ver en el punto
siguiente, sintticamente en el cuadro 12. 4.5.8 Normas: (4) (5) (6)
4.5.8.1 Nomenclatura:
Son clasificadas por letras que generalmente abrevian fundicin
esferoidal, seguido de dgitos que dan su resistencia mnima a la
traccin en diferentes unidades como en gris, y el alargamiento
mnimo por ciento. As, la IRAM expresa con FGE 50012: FGE: fundicin
grafito esferoidal, 50012, las 3 primeras indican 500 Mpa mnimo de
rotura a la traccin, y las 2 ltimas 12 % de alargamiento mnimo.
Otras normas dan slo la resistencia a la traccin mnima en Mpa o
kg/mm2 (DIN GGG-50); otras veces complementan mnimos de traccin y
lmite elstico en miles de psi, y el mnimo de alargamiento en %
(ASTM A536 grade 60-40-18). 4.5.8.2 Exigencias:
En este material, se repara bsicamente en propiedades mecnicas:
resistencia a la traccin, alargamiento, dureza Brinell. Como en
gris, dentro de rangos razonables, no se exige
28
composicin qumica, salvo mximo de S y rango de Mg, por ser
fundamentales en la correcta nodularizacin.
Cuadro 12
Fundicin Nodular - Norma IRAM 700Resistenc Tensin de ia a la
alargamiento traccin 0,2% no mnima proporcional (Mpa) (Mpa) 700 600
500 420 380 450 400 350 280 240 Alargamiento porcentual de rotura
mnima (%) 2 5 8 12 17
Grado
Estructura metalogrfica
Dureza Brinell HB 230-300 210-280 170-240 150-200 140-180
F.G.E. 70002 F.G.E. 60005 F.G. E.50007 F.G.E. 42012 F.G.E.
38017
Perltica Perltica Ferltica Perltica Ferrtica Ferrtica
Las normas de fundiciones nodulares de otros entes son: ISO
1083; ASTM A 536; SAE J 434; BS 2789; DIN 1693; UNI 1514; ABNT
P-EB-585. 4.5.8.3 Comentarios y resumen:
Damos cuadro 12 similar a las grises para la IRAM 700 que las
trata. Aclaramos que para obtener el primer y segundo grado, se
debe recurrir a aleantes y a veces tambin a tratamiento trmico.
Observar que esta norma IRAM, para cada grado da rango de durezas y
no mximos. 4.5.9 Usos y aplicaciones: El campo de aplicacin es
similar al de las laminares, pero en piezas que exigen mayor
impacto, ductilidad, resistencia a la traccin y alargamiento.
Reemplaz en muchsimas aplicaciones a los aceros de baja aleacin
obtenidos por moldeo, forjados, laminados y soldados; prcticamente
a ambas maleables y en muchas aplicaciones, tambin al laminar. Las
estadsticas lo confirman. Bruto de fundicin o con tratamiento
trmico, se pueden obtener totalmente ferrticas hasta totalmente
perlticas, con variada gama de propiedades. Le dan por lo tanto,
una extensa aplicacin. Sus propiedades mecnicas se acercan al
acero; para una misma traccin, corresponde al nodular un menor
alargamiento. Se utiliza en soportes de motor y alternador;
elementos de suspensin y direccin; cigeales para diferentes usos;
rboles de levas, carcazas de cambio, direccin y diferencial,
portacoronas, crucetas; rotores de elementos soplantes, ejes, mazas
de rueda, engranajes, soportes, bielas, lingoteras para ferrosos y
no ferrosos, pedales de freno y embrague, yunques, fitting,
morsetera, matrices de estampado grandes sometidas a la flexin, y
una lista interminable de elementos que exigen ductilidad. El
constante aumento de volumen producido, indica que cada vez son ms
los usos. 4.5.10 Estadsticas: (7), (8), (12) En forma similar al
gris, formamos el cuadro 13 con los datos de la revista El
Fundidor; conclumos: a) En Argentina, contrariamente a todos los
metales fundidos (salvo base aluminio), a pesar de la disminucin
general por la crisis, la produccin de nodular creci
cuantitativamente, y con mayor razn porcentualmente. Es una tnica
constante a pesar de las variaciones del mercado.
29
b) Repetimos cuadro 10 reducido con datos de la Cmara,
confirmando la extraordinaria evolucin del nodular:
Cuadro 10 (Reducido)GRIS NODULAR MALEABLE ACERO 1977 78,11 8,24
3,57 12 1992 63,53 13,80 3,09 1997 55,01 23,30 2,82 2000 52,40
26,60 2,11 5,91 2002 52,16 28,65 2,05 5,14 2005 50,4 28,8 2,38
5,85
Cuadro 13
c) d)
Similar al gris como vemos en el cuadro 7, a partir de 2002
recuper su nivel de produccin, mantenindose la tendencia hasta el
2007. Observar tambin en la estadstica mundial, Cuadro 14, su
importante avance.
30
Cuadro 14 Evolucin mundial de la produccin de
nodular16000Produccin mundial de fundicin nodular
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1990 1991 1992 1993 1994
1995 1996 1997 1998
e) En Alemania, la tercera parte del total de los fundidos
ferrosos, es nodular. Tendencia que se hace mundial. 4.6 Fundicin
Maleable: (6)
Histricamente, su produccin se remonta al ao 1720. En su
momento, se originaron como respuesta a la bsqueda de materiales ms
dctiles y tenaces que las fundiciones grises. Tanto el hierro
forjado como el acero, son duros, tenaces y resistentes pero no
permiten fabricar con facilidad piezas de formas irregulares,
complicadas o de reducido tamao a un costo razonable. Las
fundiciones comunes si, pero eran frgiles y no resistan el choque.
Con la aparicin del nodular, esta solucin fue substituida
paulatinamente en casi todas sus aplicaciones. Por este motivo,
damos una explicacin ms somera que las dos anteriores. 4.6.1
Clasificacin: Existen dos tipos distintos, segn el mtodo de
fabricacin utilizado, stos son: a) De corazn blanco o europea. b)
De corazn negro o americana. 4.6.2 Caractersticas: - Son ms blandas
y tenaces que las fundiciones grises. - Han sido reemplazadas por
las fundiciones esferoidales en la mayora de las aplicaciones. - La
americana tiene una resistencia y alargamiento porcentual mayor y
se pueden obtener resultados aceptables en espesores de hasta 30
mm,. frente a los 8 o 10 mm de la europea. - Tienen por lo tanto un
espesor de trabajo limitado, uno de los motivos de su bajo uso. -
La de corazn blanco es la nica de todas las fundiciones, soldable
en condiciones normales. - Aventaja a las otras fundiciones
inclusive la nodular, por su mayor impacto a bajas temperaturas.
4.6.3 Proceso de fabricacin: La fusin de ambas puede ser hecha
perfectamente en horno cubilote. Tanto en el proceso de la de
corazn blanco como de negro, hay dos fases principales: fabricacin
de las piezas en fundicin blanca y posterior tratamiento de
maleabilizado. La fundicin blanca de la que se parte debe tener,
dentro de lo posible un contenido bajo de carbono, para que sea
menor la cantidad a eliminar o transformar posteriormente. La
dificultad de esto es que aumenta la temperatura de fusin, y
disminuye la colabilidad.
31
a)
De corazn negro:
Se diferencia principalmente en el tratamiento trmico. Aqu, las
piezas se rodean de un material o atmsfera neutra, y se somete a
una temperatura de 875C durante un perodo de 6 das. Modernamente se
utiliza un proceso de recocido corto, pero siempre debe atenderse
con especial cuidado al proceso de enfriamiento. Con este proceso,
la fundicin blanca no se decarbura, sino que el carbono precipita
en forma de ndulos de grafito rodeados de una matriz de ferrita.
Figura 10 b) De corazn blanco: Las piezas delgadas pueden contener
ms Silicio, porque al ser el enfriamiento muy rpido, no hay riesgo
de que se forme grafito. En general todas las fundiciones blancas
son aptas para este tipo de maleable, pero siempre es ventajoso que
el porcentaje de carbono sea lo ms bajo posible. Una vez obtenidas
las piezas, se las rodea de un material oxidante (mineral de
hierro, xidos de forja o laminacin, etc.) dentro de una caja
cerrada, sometida luego a un recocido de alta temperatura (900
-1100 C) durante 3 a 6 das. Actualmente, se las trata a esas
temperaturas en una atmsfera controlada y oxidante. Mediante este
tratamiento, se decarbura la fundicin blanca al realizarse una
difusin del carbono del interior hacia el exterior, bajo la accin
oxidante que rodea la pieza. Con piezas muy delgadas pueden
obtenerse excelentes resultados, pero al aumentar el espesor, el
proceso se dificulta y resulta en una maleable menos tenaz y ms
dura de lo necesario, especialmente en el ncleo. 4.6.4 Metalografa:
Ambos tipos presentan el lmite del espesor (30 mm.), porque de
superarlo la segregacin y baja velocidad de enfriamiento provocar
la precipitacin de grafito laminar; dar fragilidad a la pieza, y
ser intil todo tratamiento posterior. La maleable de corazn negro,
presenta esferas no tan perfectas como el nodular, y la matriz
porcentajes de ferrita y perlita segn el tratamiento. Por su
similitud, nos remitimos a la figura de la micrografa nodular. La
de corazn blanco, presentar una matriz como la mostrada en la
figura 10; si el espesor de la pieza es hasta 4 mm., ser totalmente
ferrtica; entre 4 y 10 mm., tenemos zonas 1 y 2 de la figura; si es
entre 10 y 30 mm., tendremos las tres zonas de la misma figura. La
ferrita superficial, le permite ser la nica fundicin soldable que
existe. 4.6.5 Composicin Qumica: Silicio: Se encuentra presente en
1 % mximo, para evitar la precipitacin del carbono en forma de
grafito durante la solidificacin. Azufre y Manganeso: Sus
porcentajes deben ser bajos y proporcionados entre s, ya que
dificultan y retrasan la maleabilizacin. 4.6.6. Propiedades
Mecnicas, Normas: (6) Nos remitimos al cuadro 15 con resumen de
normas y propiedades correspondientes.
32
Cuadro 15Maleable de Corazn Negro; resumen de la IRAM U-500-526:
Tensin de Tensin de Resistencia a alargamiento alargamiento la
Traccin 0,2% no 0,5% no Grado mnima proporcional proporcional (Mpa)
(Mpa) (Mpa) FMN 32010 FMN 35012 FMN 45007 FMN 55007 FMN 65003 FMN
70002* 320 350 450 550 650 700 170 220 260 330 390 500 190 280 360
430 550 Alargamiento de Rotura minimo (%) 10 12 7 4 3 2 Dureza
Brinell HB 110-160 120 - 160 150 - 200 190 240 210 - 260 240 -
290
Maleable de Corazn Blanco; resumen de la norma U-500-531: Tensin
de Dimetro de Resistencia a alargamiento la probeta de la Traccin
Grado 0,2% no Ensayo mnima proporcional (mm) (Mpa) (Mpa) 9 340 FMB
35 12 350 009 15 360 9 360 180 12 400 220 FMB 40 008 15 420 230 9
400 230 12 450 260 FNB 45 007 15 480 280 9 520 340 FMB 55 005 12
550 360 15 570 370 9 620 410 FMB 65 12 650 430 003 15 670 440
4.6.7. Usos y Aplicaciones:
Alargamiento de Rotura minimo (%) 11 9 7 10 8 6 9 7 5 7 5 3 4 3
2
Dureza Brinell HB
180 Mx.
140-220
150-220
170-240
200-270
Ambos tipos, tienen su uso restringido, por los mximos espesores
de fabricacin (hasta 30 mm.), por el costo de las instalaciones de
maleabilizado, y valor del tratamiento propiamente. Al
maleabilizarse, las piezas pueden deformarse. La necesidad del
tratamiento aumenta el stock de materiales dentro de la fbrica, que
representa un mayor costo. De hecho no se instalan nuevas plantas
para producir estos materiales, a lo sumo continan las ya
existentes. Su uso en zonas muy fras, puede ser favorecido por
mayor resistencia al impacto en esas condiciones, debido al menor
porcentaje de silicio en la matriz. El nodular se aplica
generalmente bruto de fusin, y no tiene lmite de espesores; ha
cubierto satisfactoriamente casi todos sus campos de aplicacin.
Prueba concluyente de lo afirmado, son los valores decrecientes de
la participacin porcentual visto en la produccin nacional, dado por
las estadsticas referidas en gris y nodular. La cada mundial, es an
superior a la de nuestro pas. De todos modos, se mantienen por las
siguientes caractersticas:
33
a) Corazn Negro: Slo compite en piezas muy finas, donde el
nodular tambin exigira tratamiento trmico por presencia de
carburos. Ejemplo tpico son los fitting (caeras, codos y conexiones
para gas y agua). b) Corazn Blanco: Tiene la cualidad fundamental y
nica dentro de las fundiciones, que es su soldabilidad. No es
templable. 4.6.8. Estadsticas: (6), (8), (12)3000
Fig. 13Produccin mundial de fundicin maleable2500
2000
1500
1000
500
Vimos en el cuadro 8, como la 0 maleable va perdiendo
participacin a 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 nivel
nacional; el cuadro 10, muestra igual tendencia en Europa y
mundialmente; lo mismo expresa a nivel mundial la figura 13 anexa.
4.7. Fundicin Blanca:
Se obtiene con proceso y materiales similares a las grises,
reduciendo el carbono y bsicamente el silicio, y aumentando el
manganeso. Se extiende sobre este tema en las fundiciones
especiales resistentes a la abrasin (5.1.1). Si bien es comn por no
poseer aleantes, se la trata como especial resistente a la abrasin.
No existe norma que ampare este material; caso necesario, el
cliente la emitir y exigir, bsicamente referente a dureza mnima y
algn aleante para garantizar la misma. 4.8. Fundicin Vermicular:
(8)
Vermicular, se denomina al grafito precipitado en la
solidificacin en forma de vermes o gusanos, entre laminar y
esferoidal, como muestra la figura 12. En la produccin de fundicin
nodular, la presencia de altos porcentajes de este grafito
(superior a 10 %) es un defecto, motivo de rechazo. Se ha estudiado
su comportamiento y ventajas del uso de este tipo de fundicin; se
trata de aprovechar la mayor resistencia mecnica que presenta
frente a las grises, y acercarse a estas en su mayor conductividad
trmica; el grafito ms compacto del nodular, lo hace menos conductor
del calor y la electricidad. Se aplica en piezas sometidas a
temperatura, con necesidad de mayor resistencia mecnica que la
gris, o prevencin de fisuras a la que esta es propensa con cambios
trmicos. Caso tpico son campanas y discos de freno y mltiples de
escape, lingoteras; el desarrollo ha sido lento en el mundo y ms en
nuestro pas; pero en la revista Fundio de agosto del 2002, anuncia
que Fundio Tupi (Brasil) exportar a Alemania blocks de motor en
este material para una automotriz de primera lnea. Posiblemente la
tecnologa encuentre en el vermicular aplicaciones que mantengan
vigente la importante presencia de fundidos ferrosos en la
industria, para compensar la prdida de aplicacin especialmente del
gris y maleable. 4.9. Fundicin Acoquillada:
34
Se logra partiendo de una fundicin gris comn, colocando un
enfriador de acero o propia fundicin en un sector de la superficie
de la pieza que deseamos endurecer, como muestra el corte de la
figura 14. Se provoca una enrgica disipacin de calor, rpido
enfriamiento, solidificacin brusca, para evitar la difusin del
carbono y la precipitacin de grafito. Se fuerza la presencia de un
sector de fundicin blanca para resistir al desgaste y la compresin;
ejemplo tpico, es la produccin de rboles de levas o botadores
acoquillados. Se especifica con mnimos de dureza Rockwell en la
zona afectada, y puede exigirse aleacin con Cr y/o Mo para
garantizar all mayor dureza. No existe norma de ningn ente dedicado
a ellas, pero seguramente el usuario har una particular para que el
proveedor cumpla. En el caso citado de botadores o rboles de levas
acoquillados dar la capa mnima y mxima, dureza Rockwell superficial
mnima, y eventualmente la exigencia de un porcentual de Cr o Mo
para garantizar las propiedades. Adems de las piezas dadas como
ejemplo, puede utilizarse sobre sectores que estarn sometidos a
desgaste; tambin se utiliza esta tcnica para orientar la
solidificacin y evitar defectos como rechupes o sopladuras. 4.10.
Fundicin Atruchada: Se denomina a la fundicin en la que coexisten
carburos masivos, y grafito; en s es una fundicin gris o blanca
defectuosa. Puede presentarse en todo el volumen de la pieza, o
tambin en la transicin entre un borde con carburos o un sector
acoquillado y la fundicin gris del interior de la pieza. Se
presenta este ltimo caso en las figuras 14 y 16. No es propiamente
un tipo de fundicin que est normalizada, ni se tiene en cuenta para
proyectar piezas; salvo preverla para un mnimo de dureza, en que
necesariamente debe haber carburos para garantizarla.
35
36
4.11
Tabla sinttica:
Como resumen de las fundiciones comunes, se da la tabla 12 para
orientacin y comparacin. 4.12 Tratamientos Trmicos de fundiciones
grises y nodulares: (1) (2) (3) (6) (9).
Si bien los hierros fundidos comunes no llevan necesariamente
tratamiento trmico, pueden ser sometidos a diversos de ellos con el
fin de alcanzar los siguientes objetivos: -a) Alivio de tensiones
provocadas por la solidificacin. -b) Obtencin de mayor ductilidad.
-c) Aumento de la resistencia mecnica o alargamiento. -d)
Descomposicin de carburos. -e) Endurecimiento. -f) Ablandamiento.
-g) Endurecimiento superficial. Estos objetivos pueden ser para
corregir propiedades mecnicas incorrectas al obtener las piezas
brutas de fusin; para satisfacer altas propiedades mnimas de
traccin en fundiciones grises o nodulares, imposibles de lograr sin
recurrir a aleantes y/o tratamiento trmico, como se aclar al tratar
las normas correspondientes; o bien para responder a caractersticas
especiales por el uso a que estar sometida una pieza; ejemplos de
estos casos es la necesidad de alivio de tensiones para lograr
estabilidad dimensional luego del mecanizado, o dureza superior en
zonas de la pieza que no es posible acoquillar. El carbono de las
fundiciones, se encuentra en forma libre (grafito) o combinado
(cementita); esta a su vez est presente dentro de la perlita, o
bien libre en forma masiva o en red. Cuando est en la perlita no
siempre dificulta las propiedades mecnicas o el mecanizado. S
cuando est libre (fundicin blanca o atruchada), y debe ser
eliminada. El pasaje del carbono combinado a libre, es
relativamente simple. El proceso contrario de pasar carbono libre a
combinado es mucho ms lento, e impracticable en los casos
productivos. Si bien son mltiples los tratamientos posibles en
funcin del material que se parte y se desea obtener, damos a
continuacin los tratamientos tpicos para conseguir los objetivos
descriptos: 4.12.1 Recocido Subcrtico para Alivio de Tensiones:
Llamado tambin envejecimiento, distensionado o alivio de tensiones.
Su ciclo tpico se representa en la figura 15. Se desea obtener
estabilidad en las medidas luego de mecanizados precisos, en piezas
crticas dimensionalmente como mquinas herramientas o tapas de
cilindro con baja aleacin. Las piezas al solidificar y enfriar,
bsicamente en los cambios de seccin, quedan tensionadas; con el
tiempo y sacarles capas externas de material al mecanizar se
deforman. Con tratamiento similar a este, tambin se puede buscar
mejora de propiedades mecnicas, especialmente mejorar la ductilidad
en las fundiciones nodulares. Tanto en grises como nodulares, bajar
la resistencia a la traccin. El tratamiento consiste en llevar
lentamente las piezas a 400-550 C durante un tiempo que depender
del espesor y el resultado que se desea obtener, enfriando tambin
lentamente. No se producen transformaciones en la matriz (no se
llega a la temperatura crtica de transformacin), pero se logra un
acomodamiento de la estructura metlica que lleva a los resultados
enunciados.
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Figura 15 C
800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 0,5 1 1,5
Envejecimiento
Limite superior 721 C Perfil de calentamiento
2
2,5
3
3,5
4 Horas 4,5
4.12.2 Recocido de ablandamiento
Figura 161000 900
Recocido800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16
18 20Sin carburos libres Con carburos libres
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Se desea lograr un mximo de ductilidad y maquinabilidad en el
material, cuando no es necesaria una elevada resistencia mecnica.
La finalidad es pasar carbono combinado a libre aprovechando la
difusin del mismo a alta temperatura. Existen dos casos bien
diferenciados para este tratamiento: si se parte con cementita
libre en la matriz, o sin ella. En el primer caso debe llevarse a
920 C para disolverla, y en el segundo con 850 C es suficiente para
obtener 100 % austenita; en ambos casos se baja lentamente la
temperatura para que la austenita pierda carbono, y se mantiene
alrededor de 721 C para que se desdoble en grafito y ferrita. Ver
en figura 16 ciclos correspondientes. 4.12.3 Normalizado: Consiste
en llevar la fundicin a estado austentico, si es posible disolver
en ella carbono libre, y enfriar rpidamente al aire forzado para
que se transforme en perlita fina. Ciclo representado en figura 17.
Similar al recocido, segn tenga o no cementita masiva, se parte de
920 850 C. Con este tratamiento, se desea obtener un aumento de
dureza y traccin; pero sucede lo contrario si la fundicin gris o
nodular no est aleada, mxime si son hipereutcticas como todas las
nodulares y algunas grises. En el mantenimiento a temperatura para
austenitizacin, se produce difusin del carbono combinado a grafito,
y provoca el efecto contrario. Adems, perjudica que las piezas no
estn debidamente acomodadas como para que el enfriamiento inclusive
forzado con aire sea homogneo; en las piezas del interior se
produce un recocido ms que un normalizado. La fundicin debe tener
elementos estabilizadores de perlita como manganeso en la faja
alta, cromo, molibdeno, nquel o cobre, para obtener con l un
aumento de la traccin y dureza. Este tratamiento con enfriamiento
brusco, provoca tensiones dentro de la pieza fundida, que puede
obligar a eliminarlas con un distensionado posterior.
Figura 17 C1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 0,5 1
1,5 2 2,5 Horas 3Sin Carburis libres Con carburos libres
Normalizado - Perfil de calentamiento
4.12.4 Endurecimiento; Temple y Revenido: Dijimos en la
introduccin y en el tratamiento anterior, que el pasaje de carbono
graftico a combinado, no es posible en la prctica. Tambin que para
fundiciones comunes, el normalizado no resuelve la necesidad de
aumentar la dureza y traccin, sino que tiene el efecto contrario.
Para lograr ese objetivo, se hace necesario recurrir al temple; si
bien se pierde carbono combinado al austenitizar, esta se
transformar en martensita. Ser necesario un posterior revenido para
bajar
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la posible excesiva dureza, eliminar tensiones que sern mayores
que las originada con un normalizado, y dar resistencia al impacto
principalmemte en nodular; en gris, luego de templado disminuye la
resistencia a la tracin, y para aumentarla se debe revenir entre
370 y 510 C. La temperatura de austenitizacin, igual que para
recocido y normalizado, depender si se parte de un material con o
sin cementita. El ciclo se muestra en figura 18. Figura 18
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 04.12.5
Aumento de dureza
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Endurecimiento Superficial:
Hasta aqu, hemos visto tratamientos que se somete a toda la
pieza; estos que analizaremos, por lo general son selectivos, y se
busca endurecer slo un sector de superficie que estar sometido a
desgaste o compresin, y mantener el interior blando o dctil. Para
llegar a ese resultado, se utilizan varios mtodos: 4.12.5.1 Temple
a la llama:
El endurecimiento, se realiza por temple localizado; mediante un
soplete oxi-acetilnico, oxipropano u oxi-gas, se lleva a la
temperatura de austenitizacin; posteriormente se enfra bruscamente
con chorro de agua. Responden mejor a este tratamiento, materiales
perlticos que ferrticos; a estos, se los debe mantener ms tiempo a
temperatura para garantizar austenitizacin. La presencia de
aleantes, mejora siempre las condiciones de temple. Ejemplo de este
caso, son bancadas de mquinas herramienta que deben conservar sus
dimensiones pese al rozamiento continuo metal-metal. O matrices de
estampado de nodular o gris, con 0,30 de cromo y 0,20 de molibdeno;
existen sectores que el desgaste y/o compresin son excesivos, y se
previene con un temple calentando a la llama, y enfriando
bruscamente con agua. Se obtiene un endurecimiento slo en la capa
externa que trabaja. Recordar que estos materiales templados
quedarn tensionados, pudiendo ser aconsejable un posterior revenido
o alivio de tensiones. 4.12.5.2 Temple por induccin:
Se coloca la zona de la pieza que se desea endurecer dentro de
una bobina por la que circula alta frecuencia; induce corriente
sobre la superficie a la cual calienta, y se templa con un chorro
de agua. Son ejemplo de este mtodo, los rboles de levas y botadores
con metal aleado para garantizar el endurecimiento.
40
4.12.5.3
Acoquillamiento:
Es otra tcnica que se practica para lograr endurecimiento
superficial, como se vio en el punto 4.9. Consiste en sustituir la
arena de la parte del molde correspondiente al sector de la pieza
que se desea endurecer, por un enfriador o coquilla, que ser de
acero o fundicin; esta superficie metlica solidificar y enfriar
rpidamente el sector de la pieza que est en contacto, provocando un
endurecimiento superficial. Si bien no es un tratamiento trmico
propiamente, se asemeja a un temple y se obtiene un efecto similar.
4.12.5.4 Tratamiento Termoqumico:
Se obtiene el endurecimiento superficial de un sector de la
pieza, mediante la incorporacin a alta temperatura de elementos
qumicos que penetran en ella. Dependiendo de la atmsfera gaseosa en
la que se practique, tendremos: a) Cementado. b) Nitrurado. 4.12.6
Tratamientos Isotrmicos: Se basa en los diagramas de transformacin
isotrmica. Tenemos dos casos tpicos: 4.12.6.1 Martmpera:
Tiene como objetivo lograr una matriz martenstica, con una mnima
distorsin de la pieza; consiste en calentar a 800-930 C, enfriar en
bao de sales a 200-260 C el tiempo suficiente para que se
homogeneice la temperatura en la pieza y no llegue a tocar la curva
de transformacin; se enfra luego en agua o aceite hasta temperatura
ambiente. Se logra una matriz martenstica, y se aplica tanto a gris
como a nodular. 4.12.6.2 Austmpera:
Con un tratamiento similar, pero manteniendo a 230-450 C
dependiendo de la composicin del metal, se logra matriz baintica.
Confiere elevada dureza, asociada a alta traccin y resistencia al
impacto; por tanto este tratamiento no tiene sentido para gris
laminar, slo nodular. En el lenguaje industrial, el nodular
baintico se conoce como ADI (Austmpering Ductil Iron).
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Fig. 192000F
Tratamiento Trmico ADI
Ciclos de Austempering
1700 F (930C)
16001500 F (815C)
1200750 F (400C) 260 800 BHN 320 Grado 1 ADI 450 F (230 C) 400
500 BHN
400G
