TEMA 10: FUNCIONES DE HIERRO

El diagrama Fe-C (grafito) es un diagrama estable, y el Fe-Fe3C, es un diagrama metaestable. Hay tres factores:Contenido en C=↓% C, nos encontramos en el diagrama metaestable ej aceros; y si el %C↑, puede darse cualquiera de los dos sist.Tª=tªmetaestable;↑tª estable.Veloc de enfriam= ↑ veloc se favor transf metaestables, ↓ estables. Las fundiciones son en aleaciones Fe-C tª↓pto fusion. Los ac se basan en el eutectoide, y las fundiciones en el eutéctico. El Si hace que la tª eutéctico y del eutectoide↑, y ↓ la conc de C en el eutéctico y en el eutectoide, favoreciendo que estemos en el diagrama estable, y ↓la estab de la cementita.

1. Diagrama Fe-C (grafito)

El diagrama Fe-C (grafito) es un diagrama estable, y el Fe-Fe3C, es un diagrama metaestable. Hay tres factores:Contenido en C=↓% C, nos encontramos en el diagrama metaestable ej aceros; y si el %C↑, puede darse cualquiera de los dos sist.Tª=tªmetaestable;↑tª estable.Veloc de enfriam= ↑ veloc se favor transf metaestables, ↓ estables. Las fundiciones son en aleaciones Fe-C tª↓pto fusion. Los ac se basan en el eutectoide, y las fundiciones en el eutéctico. El Si hace que la tª eutéctico y del eutectoide↑, y ↓ la conc de C en el eutéctico y en el eutectoide, favoreciendo que estemos en el diagrama estable, y ↓la estab de la cementita.

2. Tipos de fundiciones

Las fundiciones se clasifican según la distribución del C, pudiendo ser:

Fundición Blanca: Subimos hasta el líq, y dentro del rango, enfriamos rápida/ (por lo que estamos en el diag metaestable): φ´(dendritas)→φ(dendritas) + Fe3C (eutéctico laminar) →Perlita (dendritas) + Fe3C Fundición gris ferrítica:Subimos hasta el líquido, y enfriamos lenta/(diagrama estable):φ´(dendritas) →φ(granos) + Grafito (copos)→α(granos) + Grafito (copos)
Fundición gris perlítica :Subimos hasta el líq  y enfriamos a una veloc moderada a ↑tª (diagrama estable).  φ´(dendritas)→φ(granos) + Grafito (copos)→Perlita (granos) + Grafito (copos)

Fundición maleable ferrítica: Cogemos la fundición blanca y la sometemos a un tté: se somete a un tiempo prolongado, a ↑tª : φ(granos) + Grafito (rosetas)→α(granos) + Grafito (rosetas). enfriam lento

Fundición maleable perlítica : Cogemos la fundición blanca y la sometemos a un tté: se somete a un tiempo prolongado, a ↑tª : φ(granos) + Grafito (rosetas) →Perlita (granos) + Grafito (rosetas) enfrim rapdo

3. Factores que afectan a la forma del carbono en la fundición

a) Veloc de enfriam: Al aumentar la veloc se favorece la estabi de la cementita (diagrama metaestable), cuando el espesor es grande la veloc disminuye. b) Composición química:afectan al rango de actuación: C: ↓ Tªde fusión del Fe; mejora la colabilidad; y ↑ concentración de grafito. Si: es grafitizante, por lo que favorecen la descom de la cementita; y mejorar la fluidez. S: estabiliza la cementita; y forma FeS en los límites de grano, lo que fragiliza la fundición. Mn: cuando forma MnS, y favorece la form  grafito o indirectamente; pero cuando forma Mn3C, estabiliza el Fe3C, impidiendo la grafitización. ↑ la resistencia, y afina el grano. 
P: no tiene efecto en la forma de C; ↑la fluidez; y forma Fe3P (esteadita), que es frágil.

c) Tratamiento térmico:Al realizarle un tter a la fundición blanca, obtenemos fundición maleable.

d) Adición de Mg y Ce: El grafito cambia de forma y contra más elementos de modif se añadan, el grafito crece, quedando en forma de roseta; y si no se le añade nada, crece en forma de esferas; pero entre una forma y la otra, hay puntos intermedios. Los inoculantes son los materiales que se añaden para cambiar la forma del grafito; se añaden al hierro líquido justo antes de la colada, y proporciona lugares de nucleación para el grafito favoreciendo su formación. Con ellos se reduce el subenfriamiento; se disminuye la formación de carburos; aumenta la grafitización; mejorar la distribución de grafito; y aumenta la resistencia.
e) Microestructura:Dependiendo de la microestructura . f.blanca: buena resis mec, y amortig vibraciones; mala conductter y desgaste. f gris: buena resis desgaste y cnductter y mala resis mec y amortig vibraciones.

propiedades

Fluidez:Es la prop del material líq de corroer y llenar bien los moldes, en igualdad de tª;La fundición con P es más fluida .Temperatura de fusión: Varía con la tª de la fundición, para la f.gris son 1.200°C; y para la f.blanca 1.100°C. Contracción : lo ideal es que sea baja; en la f.blanca la contracción es casi igual a la del acero; y en las f.grises la contracción finales menor,Mecanización:Todas las fundiciones que tengan grafito, son muy mecanizables, ya que el grafito es auto lubricante. Las f.blancas son casi todo cementita, por lo que son poco mecanizables; pero la f.gris, se puede mecanizar fácilmente,. Las fundiciones se pueden alear para conseguir resist a la abrasión y a la corrosión. Amortigu de las vibraciones:Aquellas fundiciones que tengan bastante grafito, amortiguan bien Resistencia al desgaste:Las f.blancas, son resist al desgaste, porque son muy duras.  Las fundiciones no son buenas conductoras de la electricidad y calor; pero tienen ↓ coste. Resistencia a la tracción:: las laminaras son concentradoras de tensiones en las puntas (estados triaxiales de tens), lo que produce la resist mecánica.

Resistencia a la compresión:Es mayor que a tracción, y para las f.grises normales resulta cerca de tres veces la de tracción.

Resistencia a la flexión:Puesto que la flexión de las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y comprimidas en la parte cóncava, la resistencia a flexión varía según la orientación de la sección.

Resistencia a impacto:Las fundiciones grises resisten no muy bien a los choques, ya que son frágiles; pero las fundiciones maleables y las dúctiles (de grafito nodular), resisten bien.

Dureza:La dureza es relativamente elevada. Las fundiciones blancas tienen altas durezas.

Forma:La forma del C hace que las propiedades mecánicas varíen; cuando el C se encuentra en forma de láminas, los extremos de éstas pueden actuar como iniciadores de grietas. Así, la resistencia aumenta al reordenar la forma del grafito (ya que hay menos estados triaxiales), y según su tamaño. La fundición gris
tiene una pobre resistencia al impacto y a la tracción.

4. Fundiciones blancas

Las f.blancas son aqu en las que todo el C se encuentra combinado bajo la forma de Fe3C , contiene un 2,5-3% de C. Propiedades: Es una fdura, con defplástica muy reducida, frágil, con mala resist al impacto; posee fract blanca, alta resist a la compre, exc resistl desgaste, y es difícil de mecanizar.  Aplicaciones: resist al desgaste y a la abrasión, no fragilid. F.blancas aleadas: la adición de Ni, Cr o Mo, permite tener fblancas que contienen martensita o bainita, que se usan para apli de resist al desgaste. Mo: hace la f. autotemplable. Después se le hace un tter como el revenido para eliminar las tensiones intern. Cr: al añadir Cr, se hacen muy templables. ↑ la durz y la resist a la abrasión y resis a la corrosión.  Ni: es grafitizante,↑ la resistencia y mejora su comport corrosión. F. de coquilla: La superf es de f.blanca dura, y el interior de fundición gris. Prof. del enfri:↑%Si, ↓ esp se podria enfriar , ↑% Bo↑ esp.

5. Fundiciones grises

Las f.grises, tienen mucha fluidez (más que las blancas), por lo que permite moldear piezas de formas complejas. Se obtienen por un enfr lento, y el C se encuentra en forma de láminas de grafito. Propiedades: Tienen una mala resist al impacto debido a la forma del grafito; ↑ resist a la compres que a tracción; falta de ductilidad; muy buena resis a la abrasión y maquinab. La dureza y la resis depen de la forma el tamaño y la distrib de grafito; así mejoraremos la tracción si afinamos las lám de grafito, y ↓ la canti del mismo. Lo ideal es tener copos peq homog distribuidos. Poseen una gran capa de a. vibrac puesto que las discontinu en la estr favorecen la disipación de las vibraciones; y al ↑r el % de grafito, la cap de absorber las vibraciones tamb ↑. La f.gris es uno de los mmetálicos +baratos.  Aplicaciones: Se utilizan en maq o equipos sometidos a vibraciones, como por ejemplo cigüeñales; discos de freno F.grises aleadas: Los elem aleantes ↓ la resistl ↑%C; alear con Cr, V o Mo, mejora la resist  ya que ↑ la propo de perlita..Prof de enfriamiento: La veloc de enfriami es crítica, por lo que la capa superf tamb y todo esto depende del e.

6. Fundición maleable
Se obtienen a partir de la f.blanca y posterior/ se le da un tter. El resultado es una fundición no tan frágil como la f.blanca y que conserva su tenacidad.
La cementita tiende a dejar en libertad carbono, y esto constituye la base de la fabricación de la  f.maleable. La reacción de descomposición se ve favorecida por: ↑tª; presencia impurezas sól-no metálicas; ↑%C
La maleabilización transforma todo el C que contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares de C y ferrita. Los tipos de fundición maleable son: Maleable de corazón blanco o europea: el material es oxidante (óxido de hierro), y se suele tener unos 10 días a 1.050 °C, y luego se enfría lenta/ Su microestru está formada por una matriz de ferrita +rosetas de grafito. Son descarburantes. Maleable de corazón negro o americana: el material es neutro, y se tiene unos 6 días a 850 °C, y se enfría lenta/. Su microestruc, al enfriar lenta/, forma matriz de ferrita+ rosetas de grafito. No se descarbura. Maleable de corazón negro perlítico: = american pero el enfr es rápido, por lo que tenemos matriz perlítica+rosetas de grafito. No se descarbura.

7. Fundición dúctil o esferoidal

Este tipo de fundición se produce en hornos con la fusión del arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. ↑%Cen el Fe tiene forman esferas.Aleantes: Mg, la forma esferoidal. El contenido total Ces igual al de la f.gris (3-4%) forma esferas; un contenido en C ↑,↓%Si aumenta la proporción de carburos; y el P forma esteadita, que empeora las propiedades mecánicas. Microestructura: Son esferas de grafit rodeadas de una capa de ferrita en una matriz de ferrita y/o perlita (ojo de buey).↑% perlita, se hace más resistente, y duro, ↓la ductilidad y la resist al impact. Ttér: Se usan para aliviar tensiones, y se pueden revenir mejorando la maquinab, y haciéndola más blanda; tamb se puede normalizar y revenir; y templar (en aceite) y revenir, con lo que obtendríamos martensita. Además, cuando colamos tenemos tamaños más peq, por lo que se pueden crear tensiones residuales que eliminamos con ttér. Propiedades: peor prop que el acero, pero son colables (el acero no), así nos quedaría: aceros > fundiciones dúctiles > fundiciones grises. ↓pto fusión, buena fluidez y colabilidad, buena resist al desgaste, y depend del ttér buenas propmecá y capacid de trabajo en caliente, ductilidad y tenacidad.↓ densidad,una buena capacid de amortig de las vibraciones, y una exc maquinab, ya que es auto lubricante. Hay factores que afectan a las propiedades mecánicas, como: Mg residual, el C en exceso, se reduce la fluidez y se disminuye la resistencia a fatiga; el Si es grafitizante, el Mn ↑ la resis y la maquinab, y ↓la ductilidad; y el Ni, ↑la resist y la dureza. Usos: Para engranajes ↑resist; la industria del automóvil.

Tratamiento térmico ADI

1ºse austeniza, y luego se templa en salmuera, una vez templado, se mantiene a una tªsuperior a la tªde formación de la martensita, por lo que en la 1ª etapa tenemos austenita y placas de ferrita (un alto contenido en Si evita la formación de cementita, que fragiliza); y en la 2ª etapa la austenita que teníamos se transforma en bainita, ferrita, y carburos de hierro, teniendo un ↓ ductilidad, por lo que debe evitarse. Y por último se enfría a tªamb. Si no se añaden elem de aleación, las dos etapas de la transfo, solapan, por lo que habría poco tiempo para el tratamiento. Así, al alear, ↑ ese tiempo,↑capacid de endurecimi, y dificultando la formación de perlita. Con un ↑ de la perlita,↑la resist y la dureza, y con una ↓de la misma, ↑ la ductilidad y la resist al impacto. De manera general, las propiedades que obtenemos son: resistencia mecánica y a la abrasión, flexibilidad en el diseño, y un bajo costo. Se usa en maquinaria, piezas resist al desgaste, eslabones de cadenas, …

Fundiciones aleadas

En las f.aleadas, el efecto que tienen los aleant: mejoran las propi mecá afinan el grano,↑ la dureza si estabilizan los carburos, mejoran la resis a la corrosión (con Si, Cr, y Ni); y son resist a ↑tª. Los tipos son:
– Fundiciones al Cr „³ Estab los carburos, forma una capa protectora, y posee la estruc de la f.blanca.
– Fundiciones ↑en Si: contenid <3,5%,↑ el=»» creci=»» ya=»» que=»» favorece=»» la=»» grafitización;si=»» el=»» contenido=»» es=»» 4-8%,↓=»» el=»» creci=»» al=»» retrasar=»» la=»» transf=»» ferrítica,=»» a=»» la=»» vez=»» que↓=»» la=»» oxid=»» al=»» formar=»» una=»» capa=»» de=»» óxido=»» protector.=»»>3,5%,↑>
– Fundiciones ↑en Ni: Poseen una buena resist a la corrosión y a tª combinadas, además, tiene unas prop mec mejores que con Si y Cr, y mejores prop que con C nodular.