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Fundiciones
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  • 1. FUNDICIONESESPOCHFACULTAD MECÁNICAESCUELA ING.INDUSTRIALMATERIALESTRABAJOPREPARATORIOGUILLERMO VERDEZOTO
  • 2. FUNDICIONESLas fundiciones de hierro son aleaciones de hierrocarbono del 2.2 al 6.67%, cantidades de silicio del2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre ybajo fósforo.Se caracterizan por que se pueden vaciar delhorno cubilote para obtener piezas de muydiferente tamaño y complejidad pero nopueden ser sometidas a deformación plástica,no son dúctiles ni maleables y poco soldablespero sí maquinables, relativamente duras yresistentes a la corrosión y al desgaste.CARACTERÍSTICAS
  • 3. La Tabla 12.1 muestra los elementos típicos queincrementan el potencial grafitizante de una fundición ypor lo tanto favorecen la aparición del carbono en formade grafito y también los elementos que favorecen laaparición del carbono en forma de carburos (son todos loselementos carburígenos).
  • 4. VENTAJAS Son más fáciles de maquinar que losaceros. Se pueden fabricar piezas de diferentetamaño y complejidad. En su fabricación no se necesitanequipos ni hornos muy costosos. Absorben las vibraciones mecánicas yactúan como autolubricantes. Son resistentes al choque térmico, a lacorrosión y de buena resistencia aldesgaste.
  • 5. MICROCONSTITUYENTES DE LASFUNDICIONESEl carbono en lasfundiciones puedenaparecer como carbonolibre en forma de grafito ocarbono en formacombinada formandocementita. Dependiendode lo cual las fundicionesen su proceso desolidificación siguen eldiagrama estable(fundiciones grises) ometaestable (fundicionesblancas).
  • 6. GRAFITIZACIÓN: Factores Influenciativos
  • 7. COMPOSICIÓN QUÍMICASilicio, ejerce una acción grafitizante y modifica laconcentración del punto eutéctico y eutectoide de laforma:Manganeso, se opone a la grafitización y neutraliza elefecto que puede originar el azufren formando MnS.Azufre, también se opone a la grafitización, pero de maneramás intensa que el manganesoFosforo, se opone ligeramente a la grafitización debido a laformación del eutéctico Steadita. Además favorece lacolabilidad.Oxígeno, antigrafitizante enérgico que se encuentra enmayor o menor medida en todas la fundiciones, se presentaen forma de inclusiones no metálicas, como óxidossubmicroscópicos.
  • 8. Ferrita: lleva en disolución cantidades elevadasde silicio que elevan su dureza y resistencia.Perlita: debido al contenido en silicio queposeen las fundiciones el contenido encarbono es algo menor.Cementita: Similar a la de los aceros• Fase no metálica y variedad alotrópica delcarbono. Es blando, untuoso, de color oscuroy alta conductividad• Aparece en las fundiciones grises y enfundiciones especiales influyendo en suspropiedades y características, quedependerán fundamentalmente de la forma,tamaño y distribución de dicho grafito.GrafitoConstituyentesaceros
  • 9. Grafito MorfologíaLaminar: Fundiciones Grises. Genera gran discontinuidad en lamatriz así induce fragilidad. Además comunica una grandisminución de las resistencia mecánica, dureza y límite elástico.Reduce a cero la ductilidad, pero mejora la resistencia aldesgaste, a la corrosión y la maquinabilidad.Grafito nodular: Fundiciones Especiales maleablesdebido a su forma redondeada no crean tantadiscontinuidad en la matriz como las láminasoriginando fundiciones de mayor ductilidad.Grafito esferoidal: Fundiciones Especiales dúctilespresenta morfología de esferulita, gran uniformidad yreparto lo que indica fundiciones de mejor calidad. Demenor tamaño que grafito nodular
  • 10. LedeburitaEutéctico formado por austenita (48%) ycementita (52%). No es estable a temperaturaambiente pero se puede reconocer dondeestaba por la agrupación de nódulos de perlitaen una matriz de cementita. Origina fragilidadSteaditaAparece en las fundiciones con alto contenidoen fosforo. Es un eutéctico de gran dureza yfragilidad con bajo punto de fusión(960ºC).Eutéctico bifásico en las fundicionesgrises: (Ferrita + Fe3P).Eutéctico trifásico en lasfundiciones blancas: (Ferrita + Fe3C + Fe3P)
  • 11. Propiedades.- Es muy frágil, dureza baja de unos 80 a100 HB, resistente al choque térmico, a la corrosión,absorbe las vibraciones, bajo costo y poco soldablecomparado con el acero.Aspecto.- La superficie exterior en la fundición es decolor gris oscuro, mientras que la fractura es oscura(fundición negra) o gris (fundición gris) o atruchada(puntos claros sobre fondo oscuro, o viceversa) o clara(fundición blanca).Temperatura de fusión.- Varía con la composición y elaspecto de la fundición. En promedio es:Fundición negra gris 1200° CFundición blanca 1100° CFluidez.- Es la propiedad del metal líquido de correr yde llenar bien los moldes: en igualdad detemperatura, la fundición fosforosa es más fluida quela fundición con poco fósforo.
  • 12. Dureza.- La dureza de la función es relativamente elevada. Lafundición gris tiene una dureza de 140 a 250 Brinell, se puedemecanizar fácilmente. Las fundiciones blancas tienen una durezasuperior a 350 a 400 Brinell. Hasta cerca de 550 Brinell se puedenmecanizar con herramientas de carburo.Resistencia química.- La fundición tiene una discreta resistenciaquímica, es decir, a los ácidos, a los álcalis, a las oxidaciones y alfuego. Por esto se hacen elementos para máquinas e instalacionesquímicas y elementos para máquinas e instalaciones térmicas(parrillas, por ejemplo, calderas, etc.).Otras propiedades.- La fundición no es dúctil, no es maleable (enel verdadero sentido de la palabra); se puede soldar al latón; en lasoldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco, el metal deaporte (acero o fundición) adquiere una elevada dureza y sólocon alguna dificultad puede ser trabajado. La fundición puederecibir baños galvánicos (ser niquelada, por ejemplo), sergalvanizada en caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezasde uso doméstico y par la industria química)
  • 13. CLASIFICACIÓNDE LASFUNDICIONESFUNDICIONESORDINARIAS• BLANCAS• GRISES• ATRUCHADASFUNDICIONES ALEADASFUNDICIONES ESPECIALES
  • 14. Fundición blanca Presenta rotura de aspectoblanquecino, y se caracterizanpor su bajo contenido en silicio.Además están favorecidas porvelocidades de enfriamientorápido y por la presencia de Mny S. Todo el carbono se encuentracombinado como cementita Composición media: C (2.5-3%), Si (0.5%), Mn (0.8-1.5%), S(<0.1%) Sonfundiciones, duras, resistentes aldesgaste, pero frágiles y difícilesde mecanizar por ello solo suutilización es limitada.FUNDICIONES ORDINARIAS: Compuestas casi exclusivamente porhierro y carbono. Se les puede dar forma en la forja.
  • 15. Fundición blanca hipoeutéctica: Posee grandescristales de perlita derivados de la austenitaprimaria rodeados de cementita.Fundición blanca eutéctica: formada poragrupaciones de perlita y cementita derivada dela Ledeburita.Fundición blanca hipereutéctica: formada porgrandes masas de cementita primaria yagrupaciones de cementita y perlita derivada dela ledeburita.
  • 16. Fundición GrisPresenta fractura gris y oscura debido a la presencia de grafito(laminar) La formación de grafito favorecida por altos contenidos desilicio y velocidades de enfriamiento bajas.Composición media C (3-3.5%), Si (1.5-2.2%), Mn (0.4-1%) y S (<0.1%)
  • 17.  Fundición gris ferrítica: cuyos microconstituyentesson ferrita y grafito. Fundición gris perlítica: cuyos microconstituyentesson perlita y grafito. Son las de mayor interés debidoa las mejores características mecánicas. Fundición gris ferrítica-perlítica: cuyosmicroconstituyentes son ferrita y perlita .FUNDICIÓN ATRUCHADA.- Se caracteriza por tener una matriz defundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. Elcarbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmentemaquinable.
  • 18. Fundiciones Aleadas: Son aquellas fundiciones que contienen encantidades suficientes elementos de aleación como para modificassus propiedades mecánicas y físicas. Los elementos más comunesson: Cr, Cu, Mo y Ni.Presentan especial interés:• Fundiciones resistentes a altas temperaturas, con Cr• Fundiciones resistentes a la corrosión, con Cu, Ni o Cr
  • 19. Aunque la principal propiedad de las fundiciones blancas essu gran dureza y resistencia al desgaste, estas propiedadespueden mejorarse significativamente aleándolasconvenientemente, de tal manera que la principalcaracterística de la familia de las fundiciones blancas aleadases la obtención de productos con una extraordinariaresistencia a la abrasión, que se utilizarán en la construcciónde elementos de molienda y trituración de minerales, áridos,etc. Todas estas fundiciones tienen cromo con el doblepropósito de evitar la formación de grafito y de formar unoscarburos de gran dureza.Las fundiciones grises aleadas se utilizan en aquellasaplicaciones que requieren resistencia a la corrosión o enservicios a alta temperatura (resistencia a la oxidación). Suselementos aleantes mayoritarios son el silicio y el níquel. Lasfundiciones grises altas en silicio son unos productos baratosmuy utilizados en aplicaciones a elevada temperatura. Estasfundiciones de matriz totalmente ferrítica, poseen buenaresistencia a la oxidación hasta 900°C, en virtud de laformación de una película superficial protectora de silicato dehierro.FundicionesblancasaleadasFundicionesgrisesaleadas
  • 20. Clasificación de las fundiciones aleadasDe una forma general, se pueden clasificar lasfundiciones aleadas en dos grupos:1. Fundiciones de baja y media aleación, que secaracterizan por tener pequeñas cantidades de Ni, Cr,Mo, y Cu, generalmente en porcentajes inferiores a 5%.En general, son fundiciones de alta resistencia a latracción, de 25 a 50kg/mm2 , muy superior a la de lasfundiciones ordinarias. Suelen ser de estructuraperlítica, sorbítica, bainítica y martensítica. Tambiénpertenecen a este grupo de fundiciones de bajaaleación las fundiciones con 1 a 2% de cromoresistente al calor y las fundiciones martensíticas muyresistentes al desgaste.2. En esta familia, se suelen agrupar las fundicionesmuy resistentes al desgaste, al calor y a la corrosión ycuya micro estructura suele ser austenítica o ferrítica.
  • 21. Fundiciones Maleables : el carbono se presenta en forma degrafito nodular (que no crea efecto de entalla y tantadiscontinuidad en la matriz como el grafito laminar) en una matrizferrítica. Se obtienen a partir de las fundiciones blancas dando:Fundición maleable europea o de corazón blanco: se obtienen pormedio de descarburación de la fundición blanca.Fundición maleable Americana o de corazón negro: se obtienenmediante recocido de larga duración de la fundición blanca
  • 22. FUNDICIÓNProceso de producción de piezas metálicas através del vertido de metal fundido sobre unmolde hueco, por lo general hecho de arena. Elprincipio de fundición es simple: se funde elmetal, se vacía en un molde y se deja enfriar,existen todavía muchos factores y variables quese deben considerar para lograr una operaciónexitosa de fundición.Procesos de FundiciónLa realización de este proceso empieza lógicamente con el molde.La cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramentesobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durantela solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferenteporcentaje de contracción, por lo tanto si la presión dimensional escrítica la cavidad debe diseñarse para el metal particular que se vaa fundir. Los moldes se hacen de varios materiales que incluyenarena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición seclasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.
  • 23. CLASIFICACIÓN DEL PROCESO DE FUNDICIÓNSegúnel tipodemoldeModelos removibles.- En un procedimiento simple para moldear undisco de un metal fundido para hacer un engrane, el molde para estedisco se hace una caja de moldeo que consta de dos partes. A la partesuperior se le llama tapa, y a la parte inferior base. Las partes de la cajase mantienen en una posición definida, una con respecto a la otra pormedio de unos pernos colocados en dos lados opuestos de la base queencajan en agujeros de unos ángulos sujetos a los lados de las tapas.Modelos desechables.- En la fabricación de moldes con modelosdesechables, el modelo, que es usualmente de una pieza, es colocadoen el tablero y la base de la caja se moldea en la forma convencional.Se agregan unos agujeros para ventilación y la base se volteacompletamente para el moldeo de la tapa. Casi siempre la arena enverde es el material común más usado, aunque pueden usarse arenasespeciales para otros propósitos, como arena de cara que se utiliza deinmediato alrededor del modelo. La arena en la línea de partición no seaplica en la tapa de la caja y la base no puede ser separada hasta quela fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y seapisona. En cualquiera de los casos la colada es cortada en el sistemade alimentación o ambas, como usualmente sucede, esta es una partedel modelo desechable. Se hacen los agujeros para ventilación y secoloca algo de peso para oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno,incluyen la alimentación y el sistema de colado.
  • 24. TIPOS DE FUNDICIONESFundición a la arenaModelo removible, la arenacomprimida alrededor del modeloel cual se extrae más tarde de laarena. La cavidad producida sealimenta con metal fundido paracrear la fundición.Los modelos desechables sonhechos de poliestireno y en vezde extraer el modelo de la arena,se vaporiza cuando el metalfundido es vaciado en el molde.Para entender el proceso de fundición, es necesario conocercomo se hace un molde y que factores son importantes paraproducir una buena fundición.
  • 25. Los principales factores son: Procedimiento de moldeo Modelo Arena Corazones Equipo metálico Metal Vaciado y limpiezaProcedimiento de moldeoLos moldes se clasifican según los materiales usados:Moldes de arena en verde. Es el método más común que consiste en la formacióndel molde con arena húmeda, usada en ambos procedimientos.Moldes con capa seca. Dos métodos son generalmente usados en la preparaciónde moldes con capa seca.Moldes con arena seca. Estos moldes son hechos enteramente de arena común demoldeo mezclada con un material aditivo similar al que se emplea en el métodoanterior.Moldes de arcilla. Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero seconstruye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro.Moldes furánicos. El proceso es bueno para la fabricación de moldes usandomodelos y corazones desechables. La arena seca de grano agudo se mezcla conácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resina furánica es agregada yse mezcla de forma continua el tiempo suficiente para distribuir la resina.
  • 26. Moldes de CO2. En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato desodio y es apisonada alrededor del modelo.Moldes de metal. Los moldes de metal se usan principalmente en fundiciónen matriz de aleaciones de bajo punto de fusión.Moldes especiales. Plástico, cemento, papel, yeso, madera y hule todosestos son materiales usados en moldes para aplicaciones particulares.El molde debe poseer las siguientes características: Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal. Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidezdurante la colada. Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metalfundido. Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde. Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar através del cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal. Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura delmetal y poderse desprender con limpieza del colado después delenfriamiento. El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción delcolado después de la solidificación.
  • 27. Maquinas para moldeoEstas máquinas ofrecen velocidades más altas de producción y mejor calidad de loscolados además de mano de obra ligera y costos más bajos. Máquinas de moldeo por sacudida y compresión: consta básicamente de una mesaaccionada por dos pistones en cilindros de aire, uno dentro del otro. El molde en lamesa se sacude por la acción del pistón inferior que eleva la mesa en forma repetida yla deja caer bruscamente en un colchón de rebote. Las sacudidas empacan la arenaen las partes inferiores de la caja de moldeo pero no en la parte superior. El cilindro másgrande empuja hacia arriba la mesa para comprimir la arena en el molde contra elcabezal de compresión en la parte superior. La opresión comprime las capas superioresde la arena en el molde pero algunas veces no penetra en forma efectiva todas lasáreas del modelo. Maquinas de sacudida y vuelco con retiro del modelo: en esta máquina una caja demodelo se coloca sobre un modelo en una mesa, se llena con arena y se sacude. Elexceso de arena se enrasa y se engrapa un tablero inferior a la caja de moldeo. Lamáquina eleva el molde y lo desliza en una mesa o transportador. La caja se libera de lamáquina, el modelo se vibra, se saca del molde y se regresa a la posición de carga.Máquinas similares comprimen y también sacuden. Máquina lanzadora de arena: esta máquina logra un empaque consistente y un efectode apisonado lanzando arena con alta velocidad al modelo. La arena de una tolva sealimenta mediante una banda a un impulsor de alta velocidad en el cabezal. Unadisposición común es suspender la lanzadora con contrapesos y moverla para dirigir lacorriente de arena con ventaja dentro de un molde. La dureza del molde se puedecontrolar mediante el operador cambiando la velocidad del impulsor y moviendo lacabeza impulsora. Su principal utilidad es para apisonar grandes moldes y su únicafunción es empacar la arena en los moldes. Generalmente trabaja con el equipo deretiro del modelo.
  • 28. Los procesos de moldes en fundición pueden ser clasificados como:Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños, y sehace en un banco de una altura conveniente para elmoldeador. En estos tipos de moldeo se producengrandes cantidades, también se utilizan placascorrelativas que son modelos especiales metálicos deuna sola pieza al igual que las cajas de tableros desoporte que permiten sacar con facilidad el modelodel molde de arena, el cual se puede volver a utilizar.Las maquinas han sido construidas para hacer unnumero de operaciones que el moldeador haceordinariamente a mano, tales como apisonar laarena, voltear el molde completo, formar laalimentación y sacar el modelo; todas estasoperaciones pueden hacerse con la maquina muchomejor y más eficiente que a mano.MoldeoenbancoMoldeenmaquina
  • 29. Cuando las piezas de fundición aumentan de tamaño,resulta difícil su manejo, por consiguiente, el trabajo eshecho en el piso. Este tipo de moldeo se usaprácticamente todas las piezas medianas y de grantamaño. Suelen ser muy costosos, tienen el mismoprocedimiento que el moldeo en banco salvo lascaracterísticas ya mencionadas.Las piezas de fundición extremadamente grandes sonmoldeadas en una fosa en vez de moldear en cajas. Lafosa actúa como la base de la caja, y se usa una capaseparadora encima de él. Los lados de la fosa son unalínea de ladrillos y en el fondo hay una capa gruesa decarbón con tubos de ventilación conectados a nivel delpiso. Entonces los moldes de fosa pueden resistir laspresiones que se desarrollan por el calor de los gases,esta practica ahorra mucho en moldes costosos.Moldeoen fosaMoldeoen piso
  • 30. Sistema de alimentación del moldeLos conductos que llevan el metal vaciado a la cavidad de molde sonllamados sistema de alimentación, generalmente están constituidos poruna vasija de vaciado, comunicando a un canal de bajada oconducto vertical conocido como bebedero, y a un canal a través delcual el metal fluye desde la base del bebedero a la cavidad delmolde. En piezas grandes, de fundición puede usarse un corredor elcual toma el metal desde la base del bebedero y lo distribuye en varioscanales localizados alrededor de la cavidad. El propósito de estesistema es, primeramente colocar el metal dentro de la cavidad.Tipos de Arena Arena Sílica (SiO2): se encuentra en muchos depósitos naturales, y esadecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altastemperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tienegran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño yformas de grano. Arenas naturales (semisintéticas): estas se han formado por la erosiónde las rocas ígneas; se mezclan adecuadamente con arcillas alextraerlos en las canteras y solo se requiere agregarles agua paraobtener una arena conveniente para moldeos de piezas fundidas dehierro y metales no ferrosos. Arenas de moldeo sintéticas: se componen de Sílice lava de granosagudos, a lo que se añade 3 a 5% de arcilla. Con las arenas sintéticasse generan menos gas ya que se requiere menos del 5% dehumedad para que desarrolle su resistencia adecuada.
  • 31. Fundición por Inyección:La fundición en esta forma y tratándose de grancantidad de piezas, exige naturalmente un numeroconsiderable de moldes. Es evidente que el costo decada pieza aumenta con el precio del molde.En las técnicas modernas para la fundición depequeñas piezas, se aplican maquinas con moldesde metal, que duran mucho tiempo, pudiendofundirse en ellos millares de piezas, el metal se inyectaen el molde a presión, por cuya razón este sistema sedenomina por inyección. El peso de las piezas que sepueden fundir por inyección en moldes mecánicos,varía entre 0.5 gramos hasta 8 kilos. Por lo general sefunden por inyección piezas de Zinc, Estaño, Aluminio,y Plomo con sus respectivas aleaciones.
  • 32. Fundición en CoquillasSi se hecha un metal fluido en un molde permanente, fabricadode hierro o acero, se efectúa la fundición en coquillas. Estemétodo tiene una ventaja importante en comparación con lafundición en arena; se puede fundir con la pieza misma, roscasexteriores mayores, agujeros, etc.Las piezas coladas en coquillas tienen una superficie pareja ylimpia por lo que, generalmente, no es necesario un trabajoposterior de acabado. La exactitud de la medida es mucho másgrande que la fundición de arena; pero mucho menor quecuando se funde por inyección.Se puede observar que la estructura de la pieza fundida encoquillas es densa de grano muy fino, por lo que las propiedadesmecánicas en estas son mejores que las de piezas igualescoladas en molde de arena. Por esta razón es posible disminuir elpeso de piezas fundidas en coquillas, con el consiguiente ahorrode material.
  • 33. Fundición CentrífugaLa fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el moldemientras se solidifica el metal, utilizando así la fuerza centrifugapara acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayoresdetalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa delmetal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas deforma simétricas se prestan particularmente para este método,aun cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezasfundidas.Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas quepor otros métodos. Los corazones en forma cilíndrica yrebosaderos se eliminan.Las piezas tienen una estructura de metal densa con todo y lasimpurezas que van de la parte posterior al centro de la pieza peroque frecuentemente se maquinan. Por razón de la presiónextrema del metal sobre el metal, se pueden lograr piezas desecciones delgadas también como en la fundición estática.
  • 34. FundiciónConjunto de operaciones que permite dar forma a los materiales metálicos mediantesu fusión, colado sobre molde apropiado y posterior solidificación dentro de él.Los materiales fundidos son la alternativa de fabricación de productos metálicos, parasituaciones de: Formas complejas. Dificultad de Procesos de Deformación plástica (en estado sólido no todas lasaleaciones son deformables). No disponibilidad de la aleación solicitada. No elevada exigencia de tenacidad.
  • 35. Hornos para la FundiciónLos hornos que se usan para fundir metales y susaleaciones varían mucho en capacidad y tamaño,varían desde los pequeños hornos de crisol quecontienen unos cuantos kilogramos de metal a hornosde hogar abierto hasta 200 toneladas de capacidad.El tipo de horno usado para un proceso de fundiciónqueda determinado por los siguientes factores: La necesidad de fundir la aleación tan rápidamentecomo sea posible y elevarla a temperatura devaciado requerida. La necesidad de mantener tanto la pureza de lacarga, como precisión de su composición. La producción requerida del horno. El costo de operación del horno.
  • 36. Los tipos de hornos que se usan en un proceso de fundiciónson: Horno de crisol Horno eléctrico. Horno por inducción. Horno de arco eléctrico. Horno basculante. Horno de cubilote