el tratamiento térmico de las fundiciones
ING. WALTER ROLANDO ALIAGA GARCIA
fundición nodular o fundición de grafito esferoidal
Tapa de pozo de alcantarillado fabricada en fundición dúctil.
Fundición dúctil, también conocida como fundición nodular o fundición de grafito esferoidal1 (o como abreviatura FD), es un tipo de fundición de hierro aleada con grafito desarrollada por Keith Millis en 1943.2 A diferencia de la mayoría de la fundiciones de hierro que son frágiles y quebradizas, la fundición dúctil tiene mucho más dureza y resistencia a la fatiga, debido a la inclusión de grafito en forma de nódulos.
FUNDICIÓN NODULAR AUSTEMPERIZADO Dentro de la familia de las fundiciones nodulares tiene una mención especial las fundición nodular austemperizado. Esta aleación es la más reciente dentro de la familia de los Hierros Nodulares y representa a un grupo de aleaciones de Hierro que ofrecen una buena combinación de resistencia mecánica, dureza y resistencia al desgaste. Este tipo de aleaciones además, tiene una excelente capacidad de deformación y alta tenacidad, así como buena resistencia al desgaste y resistencia a la fractura, es por ello que estas aleaciones son utilizadas para reducir el peso y el costo en la fabricación de diversos componentes. En la siguiente figura se muestran algunas aplicaciones de esta fundición y como esta remplazando al acero
FUNDICIÓN DE HIERRO Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de carbono varía entre 2,14% y 6,67%. Comúnmente las más usadas están entre los valores de 2,5% y 4,5%, ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor práctico en la industria.
tratamiento térmico fundiciones Al igual que los aceros, es posible aplicar algún tratamiento térmico a las fundiciones para mejorar sus características. Así, una fundición blanca se trata para obtener una estructura que se denomina FUNDICIÓN MALEABLE, con el máximo contenido posible de perlita, más blanda que la cementita. Por otro lado, a las fundiciones grises se les añade elementos como el magnesio que provocan que el carbono se expulse formando aglomerados o nódulos, de donde le viene el nombre de FUNDICIÓN NODULAR.
FUNDICIÓN MALEABLE Así, una fundición blanca se trata para obtener una estructura que se denomina FUNDICIÓN MALEABLE, con el máximo contenido posible de perlita, más blanda que la cementita.
TRATAMIENTO TERMICO A LA FUNDICIÓN BLANCA PARA ONTENER FUNDICION MALEABLE Fundición maleable es una fundición de hierro que se obtiene al CALENTAR la fundición blanca a TEMPERATURAS ENTRE 800 Y 900 º C por un período de tiempo prolongado y en una atmósfera neutra (para evitar la oxidación), donde se obtiene una descomposición de la cementita, formándose grafito, que se presenta en forma de uvas o rosetas rodeados de una matriz ferrítica o perlítica, DEPENDIENDO DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO.
FUNDICION MALEABLE
FUNDICIÓN NODULAR Por otro lado, a las fundiciones grises se les añade elementos como el magnesio que provocan que el carbono se expulse formando aglomerados o nódulos, de donde le viene el nombre de FUNDICIÓN NODULAR.
Fundición dúctil o fundición nodular LA FUNDICIÓN DÚCTIL CON TEMPLADO BAINÍTICO (o austemperada) se inventó en los años 1950 pero fue comercializada y consiguió éxito comercial años después. En esta aleación el proceso metalúrgico es controlado mediante un PROCESO DE CALENTADO MUY SOFISTICADO. La porción "aus" se refiere a la austenita resultante. Fundición dúctil, también conocida como fundición nodular o fundición de grafito esferoidal. A diferencia de la mayoría de la fundiciones de hierro que son frágiles y quebradizas, la fundición dúctil tiene mucho más dureza y resistencia a la fatiga, debido a la inclusión de grafito en forma de nódulos.
FUNDICION NODULAR
EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS FUNDICIONES
TAPAS DE ALCANTARILLA
TAPAS DE ALCANTARILLA
TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS FUNDICIONES Se realiza fundamentalmente para eliminar las tensiones internas que surgen durante el fundido. Estas tensiones conducen con el tiempo, a la variación de las dimensiones y forma de la fundición, disminución de la dureza y mejoramiento de la maquinabilidad por corte y una elevación de las propiedades mecánicas En el proceso de tratamiento térmico de la fundición ocurren las mismas transformaciones que en el acero. Sin embargo, éstas se complican por el hecho de que durante el calentamiento de la fundición se puede desarrollar el proceso de grafitización que cambia complementariamente la estructura y, por lo tanto, las propiedades de la fundición.
En el tratamiento térmico de la fundición ocurren las mismas transformaciones que en el acero. Sin embargo éstas se complican por el hecho de que durante el calentamiento de la fundición se puede desarrollar el proceso de grafitización que cambia complementariamente la estructura y, por lo tanto, las propiedades de la fundición.
El procesos de grafitizaciรณn Proceso de conversiรณn del carbono de una fundiciรณn en grafito, por descomposiciรณn del carburo de hierro en la reacciรณn
Recocidos de las Fundiciones de Hierro
FUNDICION GRIS
CAJA DE DIFERENCIAL
TUBOS DE DIRECCION
Recocido para eliminación de tensiones Se realizan a temperaturas relativamente bajas (≈500ºC), durante un periodo de tiempo que va de 30 minutos a varias horas dependiendo del espesor, con el propósito de eliminar las tensiones que aparecen en las piezas a consecuencia de los rápidos enfriamientos que sufren cuando su temperatura desciende desde la temperatura de solidificación a la temperatura ambiente. Las propiedades mecánicas no se ven alteradas. Es importante que el calentamiento, y especialmente el enfriamiento, se realicen lentamente para evitar la aparición de nuevas tensiones.
Recocido de alta temperatura o de grafitización Se logra la descomposición de los carburos junto a un efecto de ablandamiento debido al calentamiento a una temperatura bastante superior al rango crítico, con suficiente tiempo para homogeneizar y disolver o descomponer todos los carburos, seguido por un enfriamiento lento bastante por debajo del rango crítico. Como resultado de la completa descomposición o grafitización de los carburos, resulta una microestructura final de grafito, ferrita y algo de perlita
Normalizado Se calientan las fundiciones hasta 850950ºC y a continuación, se enfrían al aire. Se emplea la normalización para aumentar la dureza, tenacidad, y resistencia al desgaste de la fundición. Los carburos masivos pueden removerse por grafitización a alta temperatura, como se describió anteriormente, pero la resistencia a la tracción y al desgaste se pueden retener por un tratamiento térmico de normalizado, enfriando al aire desde una temperatura por encima del rango crítico.
Recocidos de media temperatura Cuando no se presentan carburos masivos o se hallan en cantidades pequeñas y dispersas, se puede realizar un recocido total calentando justo por encima del rango crítico, entre 815 y 890º C según el contenido de silicio (que eleva la temperatura crítica), seguido por un enfriamiento lento
Recocido de temperatura baja o ferritizado Un recocido satisfactorio de la perlita en ausencia de cementita libre en una fundición gris y nodular, se puede lograr por medio de un calentamiento levemente debajo del rango crítico , seguido por un enfriamiento lento. El propósito es convertir una matriz perlítica en ferrita y grafito por un proceso gradual de difusión, más que una transformación. En fundiciones no aleadas, el calentamiento se realiza debajo de la temperatura crítica, de 730º C a 790º C, manteniéndola 1 hora por 25 mm. de espesor, seguido de un enfriamiento lento de aproximadamente 45° C por hora
Recocido de fundiciones aleadas La presencia de uno o mรกs elementos estabilizantes de carburos, tales como Cr, Mo, V y algunos otros como Mg, Ni y Cu, tiende a interferir en el proceso de ablandamiento que ocurre durante el recocido. Para contrarrestar estos efectos de inhibiciรณn, el recocido de las fundiciones con cantidad apreciable de estos elementos generalmente requiere temperaturas mรกs altas y mayores tiempos de calentamiento que para las no aleadas
FUNDICION BLANCA
Recocido de ablandamiento Suelen realizarse a unos 740ºC y con enfriamiento al aire, si se trata de fundiciones grises, o a temperaturas más elevadas (800-900ºC) y con enfriamiento lento si se trata de fundiciones grises muy duras y fundiciones atruchadas. En el caso de las fundiciones grises, este recocido es interesante, porque muchas veces, éstas quedan duras y difíciles de mecanizar después de la colada. Con el tratamiento, se modifica la microestructura de la fundición: en bruto de colada, la microestructura se compone de grafito, ferrita, y cantidades variables de perlita y sorbita, siendo estos dos últimos los que aportan gran dureza. Después del recocido, la microestructura se compone únicamente de grafito y ferrita. Para las fundiciones de gran dureza y las atruchadas, la temperatura a la que se calienta es superior, y hay que cuidar que el enfriamiento sea muy lento
Recocido de maleabilizaciรณn Este tipo de recocido se da a ciertas fundiciones blancas para transformarlas en fundiciones maleables, con buena resistencia y tenacidad, y de mรกs fรกcil maquinabilidad