Fundiciones.Las fundiciones son una familia de aleaciones frreas con una gran variedad de propiedades, y que con contenidos en carbono superiores al 2% se centran en la transformacin eutctica del Fe-C. El segundo elemento de aleacin en importancia, de las fundiciones es el silicio cuyo efecto es el de grafitizar el carbono obteniendo por lo tanto transformaciones que se apartan de aquellas descritas por el diagrama de equilibrio descrito anteriormente.Estos materiales tienen una elevada colabilidad, tanto por su fluidez en estado lquido como por baja absorcin de gases en estado lquido. Durante la solidificacin no tienen una excesiva contraccin y se consigue resistencias bastante elevada aunque por otra parte son bastante frgiles, con bajas resistencias al impacto. Sin embargo, presentan una fcil maquinabilidad, elevada absorcin de vibraciones y bajos coeficientes de rozamiento, lo que las hace aplicables, junto a su bajo costo y facilidad de conformacin, ampliamente en usos industriales.Las fundiciones pueden clasificarse en cinco grandes grupos: blanca, gris, maleable, esferoidal y aleada. Estas fundiciones muestran composiciones qumicas diferentes aunque muchos elementos tienen propiedades antagnicas de manera que se enmascaran sus efectos por lo que no es posible su diferenciacin por anlisis qumico. Mas bien, las diferencias fundamentales se encuentran en la forma en que se presenta el carbono, combinado o libre, figura 13.18.

Figura 13.18. Esquemas de las diferentes microestructuras de fundiciones de hierro:a) gris, b) blanca, c) maleable, d) esferoidal, y, e) de grafito compacto.

Lafundicin blancatiene el carbono en forma de cementita y responde perfectamente al diagrama de equilibrio Fe-C, figura 13.19. Para su formacin el contenido en carbono se limita entre un 2.5 a un 3% y, sobre todo, el contenido en Si, elemento que en mayor medida favorece la formacin de carbono libre en forma de grafito, entre un 0.5 a un 1.5%, debiendo adems de imprimirle una elevada velocidad de solidificacin que no facilite la formacin de placas de grafito.

Figura 13.19. Microestructura de una fundicin blanca, X100.

Estas fundiciones son las que poseen una mayor resistencia al desgaste y a la abrasin, fundamentada en la gran cantidad de carburo de hierro que poseen, centrando en estas propiedades sus aplicaciones. Tal como se observa en la figura 13.18, la estructura de este tipo de fundiciones est formada por el eutctico del hierro, denominado ledeburita y que se conforma con grandes lminas o zonas blancas de cementita intercaladas con las zonas oscuras correspondientes a la perlita, formada a su vez por lminas alternadas de ferrita y cementita. Este tipo de fundiciones, que presentan muy baja tenacidad, producen al romper una superficie fracturada cristalina y brillante que da origen al nombre de la fundicin.Lafundicin grisse forma cuando el carbono de la aleacin se encuentra en una cantidad superior a la que puede disolverse en la austenita, y precipita como hojuelas de grafito, figura 13.20, por ello cuando se fractura la superficie presenta una coloracin gris mate caracterstica. Esta fundicin resulta un material de ingeniera importante debido a su bajo costo que combina con propiedades interesantes como excelente capacidad de meca-nizacin, una buena resistencia al desgaste al disminuir el coeficiente de rozamiento y una excelente capacidad de amortiguar vibraciones por lo que se ha extendido su aplicacin como bancadas de mquinas.

Figura 13.20. Microestructura de una fundicin gris con matriz perltica, X400.

En la tabla 14.5 se recogen las propiedades mecnicas ms importantes de algunas fundiciones de esta familia que contienen de 2,5 a 4% de C y de 1 a 3% de Si. Puesto que el silicio es un elemento estabilizador del grafito en estos materiales, se utiliza en contenidos relativamente altos para provocar su formacin. Velocidades moderadas y bajas de enfriamiento favorecen igualmente la formacin de grafito, afectando igualmente al tipo de matriz final obtenido, perltica o ferrtica. Evidentemente, las caractersticas mecnicas, principalmente la dureza de la fundicin, dependern del contenido en perlita de la matriz.

Tabla 13.5. Composiciones y propiedades de algunas fundiciones de hierro tpicas.

Lafundicin de grafito esferoidal o fundicin dctil, combina las ventajas del hierro fundido con las del acero, ya que en esta familia el grafito no acta como entallas internas fragilizadoras del material, al tener una forma esfrica y una distribucin mucho ms uniforme que en la fundicin gris. Por esto las propiedades corresponden a las de la matriz con una elevada resistencia y lmite de elasticidad, tenacidad, ductilidad y por lo tanto conformabilidad en caliente y templabilidad, manteniendo las propiedades de la fundicin como excelente maquinabilidad y buena resistencia al desgaste.Estas excepcionales propiedades de la fundicin esferoidal son debidas a la forma de los ndulos de grafito, tal como se representan en la figura 13.18d. Las composiciones de este tipo de fundiciones son similares a las fundiciones grises con la salvedad de que los niveles de azufre y fsforo deben mantenerse en proporciones muy bajas, inferiores al 0.03%, de igual forma y por los mismos motivos que se requeran estos niveles para los aceros de calidad.La formacin de los ndulos tiene lugar durante la solidificacin del hierro fundido, por medio de la adicin de magnesio justo en el momento de colada. El magnesio elimina cualquier residuo de azufre y oxgeno remanentes en el metal lquido, y genera un residuo de un 0.03% de Mg, que causa el crecimiento del grafito esferoidal. Debido al efecto que el magnesio tiene en la estabilizacin del carbono en forma de carburo, es necesario aadir una cantidad de silicio importante, en forma de ferrosilicio, que favorezcan la grafitizacin.De la misma manera que se describi en la fundicin gris, las propiedades y microestructura de la matriz depender en gran medida de la velocidad de enfriamiento, aunque en este caso, ya que se pretende obtener una excelente tenacidad, se procurar una matriz fundamentalmente ferrtica.Finalmente, la fundicin maleable, resulta de una modificacin mediante tratamiento trmico de la fundicin blanca no aleada, tal como se representa en la figura 13.21. La cementita formada durante la solidificacin de la fundicin blanca, se descompone pasando a formar ndulos o aglomeraciones de grafito. La descomposicin de la cementita se facilita con un elevado contenido en carbono de forma que durante el enfriamiento controlado desde el estado austentico del material se posibilite la grafitizacin de este carbono. Al igual que en la fundicin dctil, se logra una buena combinacin y compromiso entre la resistencia y la tenacidad del material. No obstante, y debido a la dificultad de la fundicin blanca, elevada velocidad de enfriamiento que entraa riesgos de fisuracin y elevadas tensiones residuales en la pieza, y el encarecimiento por el tratamiento trmico posterior de nodulizacin, este tipo de fundicin se utiliza cada vez menos.

Figura 13.21. Tratamiento trmico para las fundiciones maleables ferrtica y perltica.