EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LAS FUNDICIONES.
Los elementos de aleación modifican la microestructura de las fundiciones y con ello su dureza y resistencia, estando en ocasiones estos cambios influenciados, además, por una variación de la templabilidad.
Los elementos de aleación modifican también como en los aceros, la situación de los puntos críticos y además ejercen una acción muy importante y compleja de la grafitización.
En la tabla I se señala la influencia que los diversos elementos aleados ejercen sobre la formación del grafito y de los carburos y sobre las características de la matriz, y en la tabla II se señala la influencia que tienen sobre los puntos críticos.
Ciertos elementos como el Silicio, aluminio, níquel y cobre, que se disuelven en la ferrita, la endurecen y la hacen aumentar su resistencia, Son elementos que favorecen la grafitización.
Otros elementos como el cromo, manganeso, y molibdeno son formadores de carburos, son elementos que tienden a formar fundición blanca en vez de gris y dificultan la grafitización.
TABLA I.
TABLA II
CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES ALEADAS.
De una forma general, se pueden clasificar las fundiciones aleadas en dos grupos:
1. Fundiciones de baja y media aleación, que se caracterizan por tener pequeñas cantidades de Ni, Cr, Mo, y Cu, generalmente en porcentajes inferiores a 5%. En general, son fundiciones de alta resistencia a la tracción, de 25 a 50kg/mm2 , muy superior a la de las fundiciones ordinarias. Suelen ser de estructura perlitica, sorbítica, bainítica y martensítica. También pertenecen a este grupo de fundiciones de baja aleación las fundiciones con 1 a 2% de cromo resistente al calor y las fundiciones martensíticas muy resistentes al desgaste.
2. En esta familia, se suelen agrupar las fundiciones muy resistentes al desgaste, al calor y a la corrosión y cuya micro estructura suele ser austenítica o ferriítica.
FUNDICIONES DE BAJA Y MEDIA ALEACION.
Estas fundiciones suelen contener cantidades de níquel, cromo, molibdeno y cobre en porcentajes generalmente inferiores al 1.5%. En estas fundiciones de gran resistencia, es frecuente que los elementos aleados estén en la proporción de una parte de cromo y dos o tres partes de níquel. El cobre y el molibdeno, en general, suelen encontrarse en cantidades relativamente pequeñas, empleándose estos elementos unas veces solos y otras con níquel o cromo, o con ambos a la vez. En ocasiones mucho menos frecuentes, estas fundiciones contienen también pequeñas cantidades de titanio y vanadio, que son añadidos principalmente para conseguir disminuir el tamaño de las laminas de grafito o para afinarar la matriz, y para mejorar también la resistencia al desgaste.
FUNDICIONES DE ALTA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN.
En este grupo se incluyen una gran variedad de fundiciones de composiciones muy diversas y resistencia a la tracción, variables de 25 a 50 kg/mm2 .A este grupo pertenecen ciertas fundiciones al níquel, fundiciones al cromo, al cromo-níquel, al cobre etc.
En estas fundiciones, una de las ventajas mas importantes del empleo de los elementos de aleación, es que con ellos se evita la formación de grandes laminas de grafito y se aumenta la resistencia de la matriz.
También es importante señalar que la presencia de esos elementos reducen la susceptibilidad de las fundiciones a las variaciones de sección. Es decir, se consiguen que las propiedades sean más constantes en piezas de diferentes espesores. Además, la matriz de las fundiciones aleadas tienen más resistencia y dureza que la matriz de las fundiciones ordinarias.
Como es tan grande el numero de fundiciones que pertenecen a este grupo y tan numerosas y particulares sus aplicaciones, es difícil señalar las características propias de cada composición. En algunos aspectos puede decirse que en ellas la influencia de los elementos de aleación es la misma que en la de los aceros.
FUNDICIONES MARTENSÍTICAS RESISTENTES AL DESGASTE.
Para la fabricación de piezas que deban tener gran resistencia al desgaste, o que exijan muy altas durezas o deban sufrir grandes presiones, se emplean fundiciones martensíticas al níquel y al manganeso. Las fundiciones martensíticas más utilizadas son las blancas. Sin embargo, también se fabricaban fundiciones martensíticas que son de usos mas restringidos.
Fundiciones martensíticas blancas al níquel:
Estas fundiciones suelen contener 4.5% de níquel, 2% de cromo, y bajo silicio, 0.50%, alcanzándose con ellas durezas variables de 500 a 700 Brinell. En América estas fundiciones martensíticas al níquel que son fundiciones blancas son conocidas con la denominación Ni-hard.
Fundiciones martensíticas grises:
Estas fundiciones un bruto de colada estructura martensítica por simple enfriamiento en arena. Suelen conocerse a veces con la denominación de fundiciones autotemplables por la elevada dureza 400 a 45º Brinell que adquieren directamente de la colada sin ningún tratamiento. No pueden ser mecanizadas con herramientas ordinarias.
FUNDICIONES RESISTENTES AL CALOR CON 1% DE CROMO.
Una de las dificultades del empleo de las fundiciones ordinarias para ciertos usos es el hinchamiento que experimentan cuando sufren calentamiento a temperaturas
superiores a 4500 .Para muy elevadas temperaturas de servicio y en ocasiones en que no importa mucho el precio, se emplean fundiciones austeníticas con 15 o 20% de níquel. Pero cuando el calentamiento del material no pasa de los 700 °C y no se pueden emplear materiales caros, se pueden usar las fundiciones aleadas con pequeños porcentajes de cromo y bajo contenido en silicio, con las que se obtienen muy buenos resultados.
Se pueden usar de 0.6 a 1.25% de cromo que actúa como elemento estabilizador de carburos y contenidos bajos en silicio de 1.5 a 2% para limitar la grafitización, que es una de las causas del hinchamiento.
FUNDICIONES DE ALTA DUREZA CON 1 A 3% DE CROMO.
Empleando contenidos de cromo variables de 1 a 2% se obtienen fundiciones blancas de dureza muy elevada. Estas fundiciones se emplean bastante poco, casi exclusivamente en casos en que interesa gran resistencia al desgaste y a la abrasión, y no importa mucho la tenacidad del material. Para la fabricación de placas de blindaje, piezas de rozamiento, zapatas de freno, gúias de rodadura, son muy empleadas fundiciones blancas de 2 a 3% de cromo, con durezas variables 400 a 450 Brinell.
FUNDICONES ALEADAS AL CROMO.
Las fundiciones con alto porcentaje de cromo se pueden clasificar en dos familias:
1. Fundiciones con 6 a 25% de cromo, que son fundiciones blancas de muy elevada dureza: 400 a 550 Brinell.
2. Fundiciones de 33% de cromo, que son de estructura ferrítica.
Las primeras son de gran resistencia al desgaste y buena resistencia al calor, y las segundas tienen muy buena resistencia a la oxidación a temperaturas muy elevadas.
La influencia que ejercen diversos contenidos de cromo, así como las microestructuras y características que se obtienen en cada caso, se verán a continuación.
El cromo en porcentajes de 0.10 a 0.20% afina la perlita y el grafito de las fundiciones ordinarias.
Con 1% de cromo se provoca ya la aparición de carburos de gran dureza, que, además, son muy estables a altas temperaturas.
Con 2% de cromo desaparece el grafito. La fundición gris se convierte en blanca y la proporción de carburos de cromo aumenta.
Con 6% la matriz es perlítica y la cantidad de carburos que aparecen en la micro estructura es ya muy importante.
A partir de 12% de cromo, los carburos se afinan y se disponen en red apareciendo austenita en la microestructura.
Composiciones de algunas fundiciones al cromo y al silicio de uso
frecuente.
Composiciones en % Dureza
C Si Cr Brinell
Fundiciones al cromo
3.25 1.75 0.50 275
3.6 2 1 300
3.6 2 1.75 350
3.25 2.70 2.50 390
1.75 1.75 6 390
1.80 1.75 16 450
1.80 1.75 25 450
1 1.75 30 265
Fundiciones al silicio
2.40 6.5 - 290
0.70 15 - 500
Cuando se llega a 30% de cromo, se observa que la matriz es ya ferrítica y
que en ella hay pequeñas cantidades del eutéctico (ferrita_carburo de cromo).
Estas fundiciones no tienen ya puntos de transformación en el
calentamiento y en su estructura aparecen carburos de cromo fino
incrustados en la matriz.
Las fundiciones de muy alto porcentaje de cromo pueden resistir bien a la
oxidación y a la corrosión. Se consigue buena resistencia a la oxidación
cuando el contenido en cromo es por lo menos igual a 10 veces el del
carbono, además resistirán también a la corrosión cuando el cromo es más
de 15 veces el carbono.
FUNDICIONES ALEADAS CON ALUMINIO.
Recientemente se han comenzado a fabricar y emplear ciertas fundiciones con aluminio. Sin embargo, en la actualidad todavía su empleo es muy limitado, porque su fabricación es muy dificil. La adición de cantidades de aluminio superiores al 6.5% hace desaparecer el grafito en las fundiciones y hace que aparezca la matriz formada por ferrita y carburos complejos. Esta estructura ferrítica como la de las fundiciones al silicio es muy inoxidable y refractaria al calor.
Las dos clases más importantes son:
1. las fundiciones con 7% de aluminio que tienen buena resistencia al fuego y
2. pueden utilizarse hasta 950 °C . Se mecanizan bastante bien. Su resistencia a la tracción es de unos 18 kg/mm2 y su dureza dc 300 Brinell.
3. las fundiciones con más de 8% de aluminio que tienen muy buena resistencia a la oxidación y pueden ser utilizadas a más altas temperaturas, hasta unos 1000 °C
4. Son difíciles de mecanizar salvo a la muela. Su resistencia a la tracción es de unos 13 kg/mm2 y su dureza suele variar de 250 a 500 Brinell.
no se ve las tablas
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