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Fundición y acero: Propiedades y aplicaciones de hierro fundido y aceros, Apuntes de Cinética de la transformación de fase

Este documento ofrece una detallada descripción de los procesos de fabricación de hierro fundido y aceros, sus características y aplicaciones. Se explican los diferentes tipos de hierro fundido, como hierro fundido gris, blanco y dúctil, y los aceros simples al carbono y aleados, con sus respectivas propiedades mecánicas y aplicaciones. Además, se mencionan los elementos de aleación más comunes y su impacto en las propiedades de los aceros.

Qué aprenderás

  • ¿Qué elementos de aleación se utilizan en aceros aleados y qué efecto tienen en sus propiedades?
  • ¿Qué tipos de hierro fundido y aceros se mencionan en el documento?
  • ¿Cuáles son las principales aplicaciones de hierro fundido gris?

Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 12/10/2020

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Hierros fundidos y aceros
1. Hierro fundido
El hierro fundido se fabrica volviendo a fundir arrabio a menudo junto
con cantidades sustanciales de chatarra de hierro y de acero. Durante la
fundición, se realizan muchos pasos para remover contaminantes
indeseables como el fósforo y azufre, porque estos son perjudiciales, ya
que pueden causar grietas en las piezas fundidas, por esa razón su
proporción debe minimizarse.
Dependiendo de la aplicación, el contenido de carbono y silicio se
reducen a los niveles deseados. El carbono de hierro fundido y el silicio
también están presentes, pero deben estar dentro de los límites
prescritos, por ello se deben tomar las medidas, para que, si hay exceso
de carbono o silicio, sean reducidos fácilmente.
Lo hierros fundidos se pueden moldear fácilmente en formas
complicadas tienen buena resistencia al desgaste, elevada dureza y
poseen buena maquinabilidad, estas son las características importantes
y particulares del hierro fundido.
Hay cuatro tipos principales:
1.1. Hierro fundido gris
Si el hierro fundido se enfría lentamente, la grafitización tiene
lugar, y durante ese proceso, copos de grafito tienen la
oportunidad de formar la microestructura de hierro fundido gris.
Esta es la característica simple de la fundición gris.
1.1.1. Composición
C: 2.5 – 4.0 %
Si: 1.0 – 3.0 %
Mn: 0.25 – 1.0 %
S: 0.05 – 0.25 %
P: 0.05 – 1.0 %
El carbono está presente en una forma libre (grafito), en una
matriz de ferrita y perlita.
1.1.2. Ventajas
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¡Descarga Fundición y acero: Propiedades y aplicaciones de hierro fundido y aceros y más Apuntes en PDF de Cinética de la transformación de fase solo en Docsity!

Hierros fundidos y aceros

  1. Hierro fundido El hierro fundido se fabrica volviendo a fundir arrabio a menudo junto con cantidades sustanciales de chatarra de hierro y de acero. Durante la fundición, se realizan muchos pasos para remover contaminantes indeseables como el fósforo y azufre, porque estos son perjudiciales, ya que pueden causar grietas en las piezas fundidas, por esa razón su proporción debe minimizarse. Dependiendo de la aplicación, el contenido de carbono y silicio se reducen a los niveles deseados. El carbono de hierro fundido y el silicio también están presentes, pero deben estar dentro de los límites prescritos, por ello se deben tomar las medidas, para que, si hay exceso de carbono o silicio, sean reducidos fácilmente. Lo hierros fundidos se pueden moldear fácilmente en formas complicadas tienen buena resistencia al desgaste, elevada dureza y poseen buena maquinabilidad, estas son las características importantes y particulares del hierro fundido. Hay cuatro tipos principales: 1.1. Hierro fundido gris Si el hierro fundido se enfría lentamente, la grafitización tiene lugar, y durante ese proceso, copos de grafito tienen la oportunidad de formar la microestructura de hierro fundido gris. Esta es la característica simple de la fundición gris. 1.1.1. Composición C: 2.5 – 4.0 % Si: 1.0 – 3.0 % Mn: 0.25 – 1.0 % S: 0.05 – 0.25 % P: 0.05 – 1.0 % El carbono está presente en una forma libre (grafito), en una matriz de ferrita y perlita. 1.1.2. Ventajas

 El grafito actúa como rompevirutas durante el mecanizado. Durante este proceso se requieren virutas discontinuas porque las virutas continuas dañan la herramienta y la superficie. Acabado el mecanizado, se prefieren las virutas discontinuas. Cuando las escamas de grafito y la herramienta entran en contacto durante el mecanizado, la viruta se rompe debido a que la escama de grafito es suave; así se obtienen astillas discontinuas.  El grafito actúa como lubricante durante el mecanizado.  Buenas cualidades de rodamiento en seco debido al grafito.  Alta maleabilidad, pues es capaz de penetrar formas intricadas y/o pequeñas. 1.1.3. Desventajas  Elevada fragilidad, (baja resistencia al impacto), cuyos límites se usan para aplicaciones críticas.  El grafito actúa como un vacio y reduce la dureza porque el grafito es blando.  Los cambios en el tamaño de sección provocarán variaciones en las características del mecanizado debido a la variación en la microestructura.  Los hierros fundidos grises con elevada dureza son más costosos de producir; debido a la presencia de escamas de grafito, habrá vacíos, para superar las dificultades, se deben realizar ciertos tratamientos. 1.1.4. Aplicaciones  Carcasas de bombas  Culatas de motor  Cigüeñales  Ruedas volantes  Bases de máquinas/herramientas  Tuberías sanitarias 1.2. Hierro fundido blanco Si el hierro fundido se enfría rápidamente, las escamas de grafito no tienen la oportunidad de formarse. Cuando se derrita el hierro

soluto en el líquido para formar sitios de nucleación heterogéneos. Las aleaciones se agregan al molde antes de verter. 1.3.1. Composición C: 3.0 – 4.0 % Si: 1.8 – 2.8 % Mn: 0.15 – 0.9 % S: 0.03 % (máximo) P: 0.01 % (máximo) El carbono está presente en una forma de esferoides o nódulos. 1.3.2. Ventajas  Alta ductilidad  Alta maquinabilidad  Elevada resistencia al desgaste  Puede ser forjado 1.3.3. Aplicaciones  Bielas del motor  Ejes de camión  Soportes de eje de rueda delantera  Pinzas de freno de disco  Partes del sistema de suspensión  Yugos de transmisión de energía  Tubos de hierro fundido 1.3.4. Hierro dúctil austemperado El austemperado es un proceso de tratamiento isotérmico aplicado a los materiales ferrosos. Inicialmente el componente se caliente a una temperatura óptima de austenización, luego se enfría en un baño de sal a una temperatura constante entre 310 ° a 375°, es decir, la temperatura en la cual inicia la transformación de martensita. Luego de completar la transformación de la microestructura, la pieza es removida y enfriada a temperatura ambiente. 1.3.5. Ventajas del austemperado

 Produce una estructura más fuerte y más dura que las estructuras producidas con tratamientos térmicos convencionales  Se pueden producir componentes con forma de red de paredes delgadas.  Los componentes poseen elevada dureza y excelente resistencia al impacto.  Es más fácil de fundir a comparación del acero  Es aproximadamente 9% más ligero que el acero. 1.4. Hierro fundido maleable Se obtiene del hierro fundido blanco, pero con una maleabilidad mejorada. El hierro fundido blanco se recalienta a aproximadamente 927° por largos periodos de tiempo en presencia de materiales que contienen oxígeno, por ejemplo, el óxido de hierro; a elevadas temperaturas, la cementita se descompone en ferrita y carbono libre. Al enfriar el carbono combinado se descompone en pequeñas partículas compactas de grafito, en lugar de escamas. El carbono libre se conoce como carbono templado y el proceso es denominado maleabilización. 1.4.1. Composición C: 1.8 – 3.6 % Si: 0.5 – 1.9 % Mn: 0.25 – 0.8 % S: 0.06 – 0.2 % P: 0.06 – 0.18 % El carbono está presente en la forma de paquetes de carbono templado. 1.4.2. Ventajas  Excelente maquinabilidad  Ductilidad significante  Buena resistencia a los golpes 1.4.3. Desventajas  El hierro sufre una contracción excesiva durante la solidificación.

2.1.3. Elevado nivel de carbono Contenido de carbono oscila entre 0.8 y 2.1. 2.1.3.1. Ventajas  Elevada dureza  Elevada resistencia al impacto  Buena conformabilidad 2.1.3.2. Desventajas No recomendado para la soldadura, debido a que el carbono desarrolla agrietamiento. 2.1.3.3. Aplicaciones Herramientas de corte, fresadoras, punzonadoras, etc. 2.2. Aceros aleados El principal elemento de la aleación no es el carbono, por ejemplo, el cromo, molibdeno, tungsteno, etc. Los ejemplos más comunes son los aceros inoxidables y los aceros para herramientas. 2.2.1. Bajo nivel de aleaciones Contenido de aleaciones: <5% 2.2.2. Nivel medio de aleaciones Contenido de aleaciones: 5 – 8 % 2.2.3. Elevado nivel de aleaciones Contenido de aleaciones: >8 % 2.2.4. Aplicaciones Turbina de Pelton, cortador estándar de alta velocidad para fresadora. 2.2.5. Elementos importantes 2.2.5.1. Carbono Aumenta la resistencia de la solución sólida. Aumenta la templabilidad. 2.2.5.2. Silicio Se puede usar como desoxidante, previene la oxidación. Brinda propiedades eléctricas y magnéticas a las láminas.

Mejora la resistencia a la oxidación Fortalece los aceros de baja aleación Previene la descarburación 2.2.5.3. Manganeso Contrarresta el efecto de fragilidad del azufre. Mejora la templabilidad de manera económica Elevado porcentaje de manganeso y carbono producen aceros con elevada resistencia al desgaste y a la abrasión. 2.2.5.4. Níquel Fortalece aceros no templados o recocidos Endurece los aceros ferrítico – perlíticos, especialmente a bajas temperaturas 2.2.5.5. Cromo Aumenta la resistencia a la corrosión y oxidación Aumenta la templabilidad Aumenta la tenacidad a elevada temperatura Elevado porcentaje de carbono produce aceros con elevada resistencia a la abrasión. 2.2.5.6. Molibdeno Aumenta la temperatura de engrosamiento del grano de austenita Aumenta la profundidad de endurecimiento Aumenta la resistencia al calor y a la fluencia, promueve la dureza al rojo Forma partículas resistentes a la abrasión 2.2.5.7. Cobalto Contribuye a la dureza al rojo, al endurecer la ferrita 2.2.5.8. Tungsteno Formador de carburos fuertes, resistentes a la abrasión en los aceros de herramientas. Promueve la dureza y el endurecimiento al calor 2.2.5.9. Vanadio

Indica la concentración del elemento que se encuentra en mayor porcentaje, en una relación donde 1 es igual a 1 % 2.2.7.3. Dos últimos dígitos Indican la concentración de carbono a 0.01 %