1. FUNCIÓN NODULAR
Al contrario de una fundición gris, la cual
contiene hojuelas de grafito, la fundición nodular
tiene una estructura de colada que contiene
partículas de grafito en forma de pequeños
nódulos esferoidales en una matriz metálica
dúctil. De este modo la fundición nodular tiene
una resistencia mucho mayor que una fundición
gris y un considerable grado de ductilidad, estas
propiedades y otras tantas pueden mejorarse con
la utilización de tratamientos térmicos.
2. Al igual que una fundición gris, este material tiene la ventaja de poseer una excelente
fluidez. De este modo es posible obtener piezas de reducidos espesores, siempre que se
asegure un flujo lineal y calmado a la hora de llenar los moldes, esto es imprescindible para
evitar el endurecimiento de los bordes y la formación de carburos en las secciones más
delgadas.
La fundición nodular se fabrica tratando el hierro liquido bajo en azufre (< 0,02% en
peso) en cuchara, con un aditivo que contiene magnesio (0,04 a 0,06% en peso) para luego
ser inoculado usando una aleación de silicio minutos antes de ser vertido. En general,
los rangos de composición química son similares a los de la fundición gris, pero en este
caso existe un importante número de diferencias.
Para obtener la mejor combinación de resistencia, ductilidad y tenacidad, la materia
prima debe ser escogida de modo que sea baja en impurezas. Particularmente deben
evitarse aquellos elementos que promueven la reacción perlifica de la matriz.
Composición Química (porcentaje en peso)
C (total) Mn Si Cr Ni Mo Cu
3,6 - 3,8 0,15 - 1,00 1,8 - 2,8 0,03 - 0,07 0,05 - 0,20 0,01 -0,10 0,15 - 1,00
P S Ce Mg
0,03 max 0,002 max 0,005 - 0,20 0,03 - 0,06
3. El elemento que controla el tipo de matriz es el manganeso, si se pretende conseguir una
matriz ferritita de colada, el contenido de manganeso no debe superar el 0.2% y si se desea
obtener una matriz perlítica sin la utilización de tratamientos térmicos, el contenido de
manganeso debe alcanzar el 1% en peso.
Los tipos de fundiciones nodulares que fabricamos con mayor frecuencia se rigen por la
norma ASTM A536, la cual establece 5 grados de acuerdo a sus propiedades mecánicas.
GRADO DESCRIPCION USOS
GENERALES
ASTM
A536
60-40-18
Ferrita; puede ser recocida Piezas resistentes al impacto;
servicio
65-45-12 Mayoritariamente ferritica;
de colada o recocida
Servicios generales
80-55-06 Ferritica-Perlitica; puede
ser normalizada
Servicios generales
100-70-
03
Mayoritariamente Perlitica;
puede ser normalizada.
La mejor combinación de
resistencia al desgaste y
120-90- Martensitica; temple al
aceite y revenido
La más tenaz y resistente al
desgaste
4. El grafico presenta el esfuerzo ultimo de tensión y el límite de
fluencia de los
5 grados de la norma ASTM A536. Valores en MPa
5. La fundición nodular tiene varios usos estructurales,
particularmente aquellos que requieren resistencia y tenacidad
combinados con buena maquinabilidad y bajo costo.
Entre las exclusivas propiedades de la fundición nodular se incluyen
la facilidad para realizar tratamientos térmicos, ya que el carbono libre de
la matriz se puede disolver a cualquier nivel para ajustar su dureza y
propiedades mecánicas. El carbono libre puede ser endurecido
selectivamente por temple a la llama, inducción, método láser o haz de
electrones. De este modo, un recosido de 3 horas a 650ºC puede otorgar
tenacidad a las bajas temperaturas. También se puede al realizar un
austemperado para obtener una fundición ADI, la cual posee un alto
límite de fluencia, gran resistencia a la fatiga, alta tenacidad y
excelente resistencia al desgaste.
La fundición nodular es menos densa que el acero y la diferencia
de peso entre ambos puede llegar al 10% en el mismo espesor
Por último, el contenido del grafito proporciona características
de lubricación en engranajes móviles debido a su bajo coeficiente de
fricción. Las cajas de engranajes pueden funcionar con mayor eficiencia si
están fabricadas con fundición nodular.
6. Se obtienen a partir del agregado de terceros elementos llamados
inoculantes (Mg o Ce) que generan artificialmente núcleos de precipitación
en la fundición en estado líquido y permiten que el C precipite como nódulos
y no como láminas.
Características y aplicaciones
•El C precipita en forma de nódulo.
•La microestructura de estas fundiciones suelen estar constituidas por esferoides
rodeados por aureolas de ferrita sobre una matriz de perlita.
•Se clasifican básicamente en dos clases: Ferrítico y Perlítico.
•Los inoculantes más efectivos son el Mg y el Ce.
•Posee mejor colabilidad y mayor fluidez que las demás aleaciones Fe-C,
pudiéndose fabricar piezas complicadas y difíciles.
•Tiene alta resistencia al desgaste que es de gran importancia para la fabricación
de elementos de máquinas y motores.
•Admite tratamientos térmicos posteriores.
•El grafito actúa como lubricante en la superficie de las piezas.
•Buena capacidad de amortiguamiento a las vibraciones.
•La presencia de grafito mejora la maquinabilidad.
•Los valores de alargamiento y resistencia son superiores a la de fundiciones
ordinarias.
•Generalmente son utilizadas para fabricar piezas que requieren esfuerzos
dinámicos como: ejes cigüeñales, discos de freno, etc.
Hierro nodular
En años recientes, los fabricantes y usuarios de las fundiciones de Hierro Nodular
han observado el uso potencial de este material, como resultado del amplio rango
de propiedades mecánicas que ofrecen. Desde su introducción comercial en 1948,
las fundiciones de Hierro Nodular han sido una alternativa en cuanto a costo de
fabricación con respecto a las Aleaciones con cierta ductilidad, las Fundiciones de
Acero, las Piezas Forjadas y otros tipos de materiales.
7. Las fundiciones de Hierro Nodular son empleadas en cada campo de la ingeniería y
en cada región geográfica del planeta se les conoce con diferentes nombres, por
ejemplo, Hierros Nodulares o Hierros Dúctiles; en este trabajo se hace referencia a
estas fundiciones como Hierros Nodulares.
Como se explicaba, los Hierros Nodulares se convirtieron en una realidad
industrial en 1948 y fueron producto de un tratamiento realizado en la fusión del
Hierro Gris, lo que causó que el grafito que estaba presente en forma de hojuelas
(Figura 7) se transformaran en forma de esferas o Nódulos (Figura 8). La forma
Nodular del grafito redujo el efecto de agrietamiento cuando el material es
sometido a cargas cíclicas, y por lo tanto, aumentó la resistencia a la fatiga, debido
a que las esferas actúan como arrestadores de grietas.
GRAFITO
Figura 8 Nódulos de grafito en un Hierro Nodular
En lo que respecta a la composición química, los Hierros Nodulares son similares al
Hierro Gris, aunque con adiciones especiales de Magnesio y Cerio para
provocar la sedimentación del Carbono en forma Nodular y dependiendo de la
8. 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
Hierro Nodular Ferrítico
Es una aleación en donde las esferas de grafito se encuentran incrustadas en una
matriz de ferrita; se le llama ferrita a una estructura básicamente compuesta por
Hierro puro, las propiedades más importantes de esta aleación son:
• Alta resistencia al impacto
• Moderada conductividad térmica
• Alta permeabilidad magnética
• En algunas ocasiones, buena resistencia a la corrosión
• Buena maquinabilidad
Hierro Nodular Perlítico
En esta aleación las esferas de grafito se encuentran dentro de una matriz de
perlita; la perlita es un agregado fino de ferrita y cementita (carburo de hierro Fe3C),
sus propiedades son:
• Relativamente duro
• Alta resistencia
• Buena resistencia al desgaste
• Moderada resistencia al impacto
• Poca conductividad térmica
• Baja permeabilidad magnética
• Buena maquinabilidad
9. Hierro Nodular Perlítico-Ferrítico
En esta aleación, las esferas de grafito están mezcladas en una matriz de ferrita y
perlita. Esta es la más común de las aleaciones de Hierro Nodular y sus
propiedades se encuentran entre las propiedades de una estructura de Hierro
Nodular Ferrítico y Hierro Nodular Perlítico, tienen además:
• Buena maquinabilidad
• Menor costo de fabricación de las aleaciones de Hierro Nodular.
Hierro Nodular Martensítico
Como producto de fundición, el Hierro Nodular Martensítico es una aleación dura y
frágil, por lo tanto, raramente utilizada. Sin embargo, después de un tratamiento
térmico de templado (Martensita Templada), la aleación tiene una alta resistencia
tanto mecánica como a la corrosión, además de una alta dureza la cual puede tener
un rango de 250 HB (Dureza Brinell) a 300 HB.
Hierro Nodular Austenítico
Estos tipos de aleaciones son ampliamente utilizados por su buena resistencia
mecánica, así como por su resistencia tanto a la corrosión como a la oxidación,
poseen además, propiedades magnéticas y una alta estabilidad de la resistencia
mecánica y dimensionales a elevadas temperaturas.
A continuación, en la Tabla 1 se presentan los grados o tipos comerciales de
acuerdo a la American Standard of Testing Materials ASTM y las propiedades
mecánicas de los diversos tipos de Hierros Nodulares.
10. Una mención aparte es la referente al Hierro Nodular Austemperizado, el cual se
describe en el siguiente capítulo, debido a que es el material utilizado para el
desarrollo de esta investigación.
