¡Descarga Características y Propiedades de Fundiciones: Grafito, Ledeburita, Microconstituyentes y T y más Apuntes en PDF de Materiales solo en Docsity!
Tema 8 Fundiciones
Una fundición es más fácil de moldear que los aceros. Se utiliza para obtener formas complejas. Fundiciones: Conjunto de aleaciones de Fe-C con un contenido en C superior al 2% y con Si entre 1 y 3%.
Introducción
Características: Amplio margen de composiciones Amplia variedad de propiedades 70% productos de moldeo ↓€ (muy baratos) El rojo es la fase metaestable El azul es la fase estable porque el carbono esta en forma de grafito. Utilizamos un contenido en carbono superior al 2% Las fundiciones se caracterizan por tener silicio que ayuda a la precipitación de grafito. La ledeburita es una fase metaestable de austenita y cementita.
Efecto de los Aleantes C y Si favorecen la fluidez y el Si endurece la ferrita Al S impide la formación de sulfuros de hierro. El fósforo P se añade porque aumenta la fluidez. El Cu, Sn y Cu aumentan la proporción de perlita para hacer las fundiciones más duras. Microconstituyentes: Los microconstituyentes de las fundiciones son: Grafito (constituyente más importante): Constituyente principal en fundiciones grises. Nula resistencia y plasticidad. Determina en gran medida las propiedades de fundiciones. Fundición dúctil tiene grafito con forma esferoidal. Las últimas 4 formas no son deseables. Las fundiciones dúctiles y compactas se consiguen por la adición de Mg y Ce que retiran S. Se consiguen con Fe-C-Si de alta pureza y velocidad de enfriamiento: Si la fundición tiene impurezas o en zonas de gran espesor puede aparecen el grafito degenerado.
Tipo A: tiene la mejor microestructura de todas Tipo B: se han formado pocos núcleos que crecen mucho. Tipo C: alta transferencia de calor. Grafito de gran tamaño Tipo D y E: dendritas con grafito. Tipo D tiene grafito fino y el Tipo E tiene láminas de grafito. Ej: 70% VII A4, 30% VII D Tenemos un 70% de grafito laminar (7), láminas largas (A) de tamaño 4. Luego tenemos un 30% de grafito laminar (7), con dendritas y grafito fino (D) y tamaño
Esteadita: Es un agregado eutéctico que tiene fosfuro de hierro (Fe 3 P). Se forma cuando añadimos fosforo. Interesa añadir P para mejorar la colabilidad, sea más fácil la operación de moldeo y la fundición más fluido. El agregado eutéctico tiene menor punto de fusión. Tiene elevada dureza y mejora la resistencia al desgaste. Puede fragilizar la fundición. Puede tener dos morfologías: Espina de pez Grano fino Ledeburita: La ledeburita es austenita + cementita (gamma + Fe 3 C). Se forma cuando el líquido alcanza el punto eutéctico. La ledeburita transformada se da cuando bajamos la temperatura y la austenita transforma en perlita, tenemos Perlita (ferrita + cementita eutectoide) + Cementita Eutéctica
(Explicación Diagrama Campo Hipo) Empezamos en el líquido, enfriamos y tenemos austenita (en forma de dendritas) y líquido. Si seguimos enfriando (campo metaestable) tenemos austenita y cementita, que es la LEDEBURITA. Si seguimos enfriando la austenita transforma en perlita. Tenemos perlita y cementita eutéctica, que es la ledeburita transformada. Si fuese el diagrama estable, tenemos austenita y líquido que pasa, si bajamos la temperatura , a austenita y grafito. Seguimos bajando la temperatura tenemos grafito y ferrita (transforma la austenita). No se forma cementita
Fundiciones vs Aceros al C
Por lo general las fundiciones son más baratas que los aceros al C Una fundición gris laminar es menos densa que un acero. Densidad de los aceros aproximadamente 8 g/cm^3. Las fundiciones son menos densas porque tienen más contenido en carbono que es un elemento ligero. Las fundiciones tienen una resistencia a la tracción muy baja. Tienen menor resistencia a la tracción y límite elástico que los aceros. Las fundiciones se comportan mejor en la resistencia a la compresión. Fundiciones no son dúctiles y tienen buen mecanizado, menos las fundiciones blancas (no son mecanizables). La soldabilidad es mala porque tienen mucho carbono. Las fundiciones a vibraciones van bien y falla a resistencia a tracción. Las fundiciones no se suelen forjar. Moldeo: tienen más fluidez y menor contracción que aceros Forja: no forjables, excepto en algunos casos Otras: buena resistencia desgaste y resistencia a la corrosión. Superficie tratable
Clasificación
Superficie de Fractura: Fundición gris: predomina el grafito Fundición blanca: predomina la cementita Si hay una mezcla de grafito y cementita, se denomina fundición atruchada. Forma del Grafito: (dentro de las fundiciones grises) Laminar Dúctil Compacta Maleable: módulos irregulares de grafito
Fundiciones de Grises Laminares
Alto contenido en carbono y en silicio, y poco azufre para que no pase a ser blanca. Son buena para vibraciones y resistencia al desgaste porque están unidas por fuerzas de Van der Waals que permiten el deslizamiento de las láminas del grafito. A desgaste va bien también porque disipa bien el calor, no se calienta, gracias al grafito. Tiene mala resistencia a la tracción porque los extremos del grafito actúan como concentradores de tensiones. Microestructura : Campo Hipo: Fase primaria tiene austenita primaria. Tenemos austenita y líquido, y como seguimos el diagrama estable, cuando llegamos a la isoterma eutéctica se forma austenita y grafito. Si enfriamiento moderado perlita + grafito (metaestable), si enfriamiento lento ferrita + grafito (estable). Campo Hiper: La única diferencia con el campo hipo es la fase primaria. En la fase primaria tenemos grafito primario.
Propiedades Mecánicas: Los extremos de las láminas de grafito actúan como concentradores de tensiones disminuyendo la resistencia a la tracción. A mayor contenido en carbono equivalente, menor resistencia a la tracción. Es el factor más importante A mayor tamaño de lámina de grafito, menor resistencia a la tracción. Efecto de los Inoculantes: Nos ayudan a tener grafito tipo A que mejoran las propiedades mecánicas. Para tener dicho grafito necesitamos muchas celdas de eutéctico. Hace falta menos subenfriamiento AUMENTAN la resistencia a la tracción para carbonos equivalentes bajos. Efecto del Espesor: A mayor espesor disminuye la resistencia a la tracción Clase 60 mejor resistencia a la tracción porque tiene un tamaño de grafito menor. Clase 20 absorbe mejor las vibraciones porque tiene mayor tamaño de grafito (deslizamiento láminas de grafito y se disipa la energía). Esto implica que tiene mejor mecanizado (mejor arranque de viruta), mejor resistencia al choque térmica, moldeo más fácil.
Queremos muchos nódulos de grafito. A mayor número de nódulos mejores propiedades mecánicas. Si hay muchos nódulos, es más difícil que aparezcan zonas de fundición blanca. Hay que garantizar que hay suficiente Mg residual (hacemos modificación) y muchos nódulos de grafito (hacemos una post-inoculación) Efecto del C, Si y otros Aleantes: Si hay mucho C, zona hipereutéctica se forma grafito muy grande que no nos interesa. Si tenemos poco C, tenemos mucha contracción que va mal en procesos de moldeo, no nos interesa Si tenemos poco Si hay tendencia a formar fundición blanca Si tenemos mucho Si la temperatura de transición va a la derecha. Efecto de Carburos: Si se añade mucho Mg hay problemas ya que se forman muchos carburos. Los carburos disminuyen la resistencia a la tracción. Queremos tener menos de un 5% de carburos.
Efecto del Tratamiento Térmico: Realizamos un austempering, pero no nos interesa formar bainita. Queremos formar ausferrita. La bainita es ferrita + carburos. El Si impide que se forme los carburos por lo que se forma la ferrita y se junta con la austenita (ausferrita). Si realizamos el austempering aumenta la resistencia a la tracción.
Fundiciones Compactas
Son como las dúctiles pero añadimos menos Mg. Por lo que no tenemos forma esferoidal y tenemos forma de gusano. Se utilizan cuando las dúctiles y las laminares son malas. Si nos acercamos a las dúctiles aumentamos la ductilidad, pero perdemos moldeabilidad, amortiguación vibraciones y conductividad térmica.
Fundiciones Maleables: (EXAMEN ENTRA)
Fundición blanca que se le realiza un tratamiento térmico prolongado para tener una fundición gris. Tienen mayor ductilidad, pero su nombre no indica fácil conformado. Es como la dúctil, pero se utiliza para piezas pequeñas y finas. Para elegir maleable en vez de dúctil: Para piezas pequeñas de poco espesor (hasta 100nm) Trabajo en frio Fácil mecanizado Resistencia al impacto (bajas temperaturas) y resistencia al desgaste (matriz martensítica) Microestructura: Tratamientos Térmicos: Maleable corazón blanco o europea: Descarburación + Grafitización Atmósfera oxidante a 1050ºC durante más de 3 días. Se obtiene en atmósfera oxidante durante más de 3 días. Queremos deshacernos de toda la cementita de la fundición blanca u obtener austenita y grafito. Queremos retirar carbono, por lo que aumentamos la ductilidad.
Maleable corazón negro o americana: Grafitización Fe 3 C = 3Fe + C Atmósfera no oxidante a 850-950ºC durante varios días. Se mantiene el carbono por lo que tiene mayor resistencia al desgaste. Se calienta y se mantiene durante varios días. Se enfría lentamente a 735ºC para homogeneizar la temperatura de la pieza. Enfriamos para dar transformación de austenita a ferrita + grafito. Mayor resistencia a la tracción. ¿Cómo disminuir el tiempo del Tratamiento Térmico? Si disminuimos el ratio C/Si aumentan los clústers y disminuye el tiempo del revenido. Aumentamos Si y bajando el C El ratio óptimo entre Mn/S es entre 2-
Austeníticas porque añadimos mucho Ni. Tiene una matriz de austenítica. Se van a soldar muy bien. El grafito es laminar o esferoidal en función de si añadimos Mg. Si añadimos Mg obtenemos nodular (dúctil). Las laminares son más baratas, mejor mecanizado y mejor conductividad térmica. Las nodulares tienen mayor resistencia y tenacidad. En la Medio/Alto Si aumenta la estabilidad de la ferrita, tenemos una matriz ferrítica. El Si retira la perlita. El Si forma óxidos de silicio que forma una película superficial protectora. Aguanta a altas temperaturas o en medios corrosivos. Las Blancas cuando queremos resistencia a la abrasión. Añadimos cromo que favorece la formación de carburos y aumenta la resistencia al desgaste. La más famosa es Ni-Hard (fundiciones Ni-Cr). Hay 4 tipos de Ni-Hard: Ni-Cr-HC: Ni-Hard con mucho carbono Ni-Cr-LC: Ni-Hard con poco carbono Ni-Cr-GB: Ni-Hard con alta resistencia que se utiliza para las bolas de los molinos Ni-Hi-Cr: mucho Cr Diferencia entre Ni-Hard 1, 2 y 4 es el contenido de carburos. A menos carburos aumenta la tenacidad. En la Ni-Hard 4 se consigue más tenacidad, no por el carbono, sino porque añadimos Cr que forma carburos con una forma mejor para la tenacidad. Las que tienen una sección más grande es más difícil obtener martensita, por lo que hay que añadir más níquel para obtener martensita. Si hay poco níquel tenemos perlita, en el máximo hay más martensita, y si seguimos añadiendo níquel se estabiliza la austenita y tenemos austenita retenida (vuelve a disminuir la dureza).
Microestructura:
