Hierro Nodular

FUNDAMENTOS

INTRODUCCIÓN

Los hierros fundidos, como los aceros son básicamente aleaciones de hierro y carbono. En relación con el diagrama hierro-carburo de hierro, los hierros fundidos contienen más cantidad de carbono que la necesaria para saturar austenita a la temperatura eutéctica; por tanto, contienen entre 2 y 6.67% de carbono, aunque en aleaciones comerciales se utiliza un rango de 2.5-4%. Aunque los hierros fundidos comunes son frágiles y tienen más bajas propiedades de resistencia que la mayoría de los aceros, son baratos, pueden fundirse más fácilmente que el acero y tienen otras propiedades útiles. Además, mediante una aleación apropiada, buen control de la fundición y un tratamiento térmico adecuado, las propiedades de cualquier tipo de hierro fundido pueden variar ampliamente.

» HIERRO NODULAR.

Fundición dúctil, anteriormente conocido como el hierro nodular o esferoidal (SG) (el término internacional es el hierro dúctil), es el hierro fundido en el que el grafito está presente como pequeñas esferas (nódulos) (véase la imagen 1). En el hierro dúctil, el grafito eutéctico se separa del hierro fundido durante la solidificación de una manera similar a aquel en el que el grafito eutéctico separa en fundición gris. Sin embargo, debido a los aditivos introducidos en el hierro fundido antes de la colada, el grafito crece como esferas, en lugar de en forma de escamas, de la característica de las formas de hierro gris. El hierro fundido con grafito esferoidal es mucho más fuerte y tiene una mayor elongación que el hierro gris o hierro maleable. Se puede considerar como un compuesto natural en el que el grafito esferoidal imparte propiedades únicas al hierro dúctil.

EI hierro para fundición dúctil combina las ventajas de procesado de la fundición gris con las ventajas en ingeniería del acero. El hierro dúctil posee buena fluidez y moldeabilidad, excelente capacidad de mecanizado y buena resistencia al desgaste. Además la fundición dúctil tiene un número de propiedades similares a las del acero, tales como alta resistencia, tenacidad, ductilidad, trabajabilidad en caliente y templabilidad. Las excepcionales propiedades en ingeniería del hierro dúctil se deben a los nódulos esféricos del grafito en su estructura interna, las regiones de matrices relativamente dúctiles entre los nódulos permiten que tengan lugar cantidades considerables de deformación sin fractura.

La composición del hierro dúctil sin alear es similar a la del hierro gris en lo que se refiere a los contenidos de carbono y silicio en la fundición dúctil.

Los nódulos esféricos en la fundición dúctil se forman durante la solidificación del hierro fundido, debido a que los niveles de azufre y oxígeno en el hierro se ven reducidos a niveles muy bajos mediante adición de magnesio al metal justo antes de que sea moldeado. EI magnesio reacciona con el azufre y el oxigeno de modo que estos elementos no pueden interferir en la formación de nódulos esféricos. La microestructura de la fundición dúctil sin alear normalmente es la del tipo ojo de buey. Esta estructura consta de nódulos de grafito esféricos con cubierta de ferrita libre alrededor de ellos en una matriz de perlita.

Dependiendo de la estructura cristalina existen los siguientes tipos:

• Hierro Nodular Ferrítico

• Hierro Nodular Perlítico

• Hierro Nodular Perlítico-Ferrítico

• Hierro Nodular Martensítico

• Hierro Nodular Austenítico

• Hierro Nodular Austemperizado

» COMPOSICIÓN QUÍMICA

%C %Si %Mn %S %P

3,0-4,0

1,8-2,8

0,10-1,00

0,03 máx.

0,01 máx.

IMAGEN 1. Microestructuras típicas de hierro nodular.

APLICACIONES

- Cigüeñales, pistones, y cabeza de cilindros para automóviles y motores diesel

- En acerías, rodillos de trabajo, puertas para horno, rodetes de mesa y cojinetes.

- Llaves para tuercas, palancas, manivelas, marcos de sujeción y chucks.

- Troqueles diversos para dar forma al acero, aluminio, bronce, latón y titanio.

CLASIFICACIÓN DE LA FUNDICIÓN NODULAR TENIENDO EN CUENTA SUS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE ACUERDO CON LA NORMA ASTM A-536.

» EFECTO DE LOS ELEMENTOS ALEANTES

Silicio:

Favorece la precipitación del carbono en forma de grafito y la presencia de ferrita. Incrementa la fluidez y desplaza la composición eutéctica hacia la izquierda, lo cual baja la temperatura de solidificación. Su contenido debe ser adoptado según la sección de la pieza a fundir.

Manganeso:

Es un estabilizador de carburos, pero menos potente que el azufre. Fija al azufre.

Azufre:

Son considerados impurezas no deseadas en la fundición. Forma un intermetálico de bajo punto de fusión que al formar redes interdendríticas, provoca fisuras y fragilidad en caliente. El azufre se controla con el manganeso ya que forma MnS, unas partículas muy duras y pequeñas (inclusiones grises hexagonales) que no perjudican demasiado a la matriz.

Fósforo

Aumenta la fluidez y favorece la grafitización primaria junto al silicio. Es útil para piezas muy delgadas.

INOCULACIÓN

El proceso de inoculación tiene por objeto sembrar las semillas para que se aglomeren a su alrededor el carbón en exceso. El proceso de inoculación se llevó a cabo en la olla de nodulización, empleando como inoculante ferrosilicio. La inoculación permite controlar la estructura y las propiedades de la fundición de hierro mediante el aumento de núcleos de cristalización que favorecen la formación de grafito laminar en el caso de la fundición gris o grafito nodular en el caso de la fundición esferoidal. La inoculación elimina la tendencia al blanqueo y aumenta características como la resistencia mecánica y la maquinabilidad. En el caso de la fundición esferoidal incrementa también el número de nódulos y crea una estructura más fina y homogénea en todo el rango de secciones.

NODULIZACIÓN

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