Cap 11 - Hierro Fundido

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  • 8/6/2019 Cap 11 - Hierro Fundido

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    CAP". 11. HfERRO, FUNDFDQ 421

    Hierrofundido11.1 I'ntroduccr~ Los hierros fundidos, como losaceros, S0n basicarnente alea-ciones de 'hierro y -carbono, En relacion conel diagrama hierro-carburo de hierro . 105h-ierro~ fundidos contienen mas- cantidad de carbonoqoe la necesarra para saturar.aassemta a la temperatura eutect ic-a; pot tanto, contienen entre 2 y 6.67% de carbo--no, Como el al to contenido de carbona tiendc a hace r muy fraQil al hierro fundido,la mayoria o e lo s tipos manufacrurades comercialrnente estrin e~ -el intervalo de 2,5a 4% de ca rbone .La tll'lctiHdad del hierro fundido es mmy baja y este rropuede laminatse, estirarseo trabajarse a femperatura arnbiente; La rnayoria de 105 hierros fundsdos no sonmaleables a cualqnier temperatura; sin embargo, a veces funden f-acifmente 0 puedenfundirst; en formas cemplieadas que gcnemlmente se rnaquinan a dirnensiones fina-les. C0010 la fundicion de piezas es el t l J r 'l ico proceso apllcado a estas aleaclones , seeonocen como hierros fu:.ndidos.Au~qtre ~oshjerros fundidos comunes son fragiles y t ienen m as bajas propiedadesde resisteacia que In mayoria de los aceros, Son baratos, pueden fundirse mas f3cil-mente glle d acero y tienen otras propiedades utiles, Ademas, mediante una aleacionapnlpiada, buen contrelde la fundicion y un tra tamiento termico adecuado, las pro-pled~des de cua1quier tipode ITj(mo fun-dido pueden variar ampliamente. Los signi-ficativos dcsarrollos e n .el control de la fundicion -hartdado Jugar a la produccion degtujjaes tonelajes Dehierros fundi dos, cuyas propiedadcs suelenscr consistentes,11.'2 Tipos dehier'ro fundido BI mejor metoda para clasificar el hie r r o fundido

    es de acuerdo CO n suestnrctura rnetalografica. Las variables a considerar que danJugar a los diferentes tipos de hierro fundido son : el contenido de carbone el conte-nido de aleacion y de impurezas, la rapidez de enfr iamiento durante a despues delcongdamiento, y'el tru-tamiell'to terrnico despues de fundirse.Estas vaTia.b1cs contro-I~:n1';]condiGi6n del carbona y t .ambien suforma Hsica, EJ carbono puede estar COIl1-hma:do en Jorma de c:athu ro de hierro en J a c e l' ll en t- it a, . () c l) is ti r c O ll lo G ar bo n o sincombinar (0 hhre) en forma de grall 'lO, La f(~rnHy distribuciol1 de las part fculas de42 0

    catbOllO sin combiner inflillnl grandemente en la s propiedades Iisicas del hierro fundi-dB. .Los tipos de hierro fundido se pueden clasif icar como sigue:HierroSo fuudido.l' blaneos, en los"cuales todo el carbone esta , en r n forma, combi-(unda COIll!')

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    422 INTRODUCCION Il, LA METALURGIA FiSICA

    Uqujdo

    Uquido+cementita

    oL.Le Eutectlco+cementita

    1

    Ferrifai11

    Ferrilaj-I

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    424 INtrR0D'",CCloN: A bA M:E li A L\ :l RG lk F - iS I CA

    Los hrerros blancos adeeuados para conversional hierro maleable t ienen el siguien_te intervale de composicion:

    ClIxbginoSilicieM"anl; 'anesoF6sf'om

    Porcentaie'2'.00~2.950.90-1.400..2 ..1-0.55:Merros d e: 0 .. 1 8 '0.05

    En la primera etapa de receeido, Ia fnndicnin del hierro blanco,se reeafienta l en.t arnente a ana temperatara.ent re I 65.0 Y 1 750"F. Duran te el ca ieur am ien tc , Ju per -l it a SO cc c n v ie r te a a us te rr ita e n la l inea inferiar, eri tica , La a us te nite a s! Iormada di-su.elve alguna cementifa- adiciorral ccnfortne se caliente a la temperatura de. recocido.Lafigura 11.3: rnnestra que la austenita del sistema metaestable puede disolvermasr:arbo!,H) d'e l~quc puede hacerlo Ia austenira del sistema eSJah!e:; pot tanto. exis-te una fuerza de impulse para que el carbono precipite Iuera de- f a austenita comograf i to libre, Esra g ra fi 't ir za c r6 n ~m p i'e 2 ;a a , Latem pe ra tu ra de m aleabilizac io n. L a pre -cipita'Ci6u iaicial de un micleo de grafito ago t a (d ; carbone de l'a ausrenita, y de esta

    Uquldo/,..~/'r

    ;//[email protected], +cementita

    Austeflil". + cernennta""(])o,EOJI- Ferrita

    Ferrita + eementita

    o 2 4 GPorcenlaje' en peso de carboneFfg. 11.3 Sistema estabte hierrc-qrafito (fines'Sp.C!~teadas) sobrepuesto. en el sistema metaestabfehlerto-carburo de hierro. .

    maQc 'r a s e disuelve mas de 12:cementita adyacente, causando 1:11l dep6si~to'de carboroliil 'e 'el aucieo odgtna1 de. grafito; Los mic le s s de gtanto creeen a rapideces apro::!~adam)'eflte iguales en. todas direecinnes y pur dJt imoap.arecen coma R0UU](J)S 0esff o r d e s irregelares, generaknente llamados earboua revelftido (fig, tl.4(l:). - ? ! G a , ; J ; b o {m:a ( it i c o reven rdo se forma en fa supe'rfkie de;8.811~aotoentre el ca:rmaTu pnmauo y ,~usteil i : t .as a tu HL cU l ~ la te mp er~ tu ra d ela prim: t : ra etap~ de l'eeo~jdo:,eoll c r e c i r n i en iatre'de

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    426 IN"FR.ODUCCION A LA M ETALURG I A FfSICA

    cpntroladas entre. 1 650 y 1 750'F. La pieza fundicla de hierro blanco se manl'.a la temperatura de Ia primeja etapa de recocido hasta que se han ,descompu1 e n etodo~lo-s car15:utosmacit:os , Como Iagrafit izad6n es un : proceso' relativamente le~~tola preza fundida debe se t ca'~entada totalment:. a. la teni~ef,atura. inrlicada POt ~msnos durant~ 2~hr y las p.lezas gran des pueden requenr tanto come 72 hr. LesCruetura ~1 t eru~Ul~ de la pnrnera etapa de gF'afitizad6nc0nsta de nodules de ca ~bono revenido, distrlbuidos par toda Ia m atriz deaustenita saturada. rDeSpuesde la primera etapa de recocide, las piezas Jortdidas se erifrfah tan rapid

    G(;Jm.b sea pnictico. basta unos I 40'CPP en 'preparaeion para hi s egunda etapa dd !ra~t amr en to de ~ePbcldq. EI r~pido ~i,clode enfriamientcgeneralmente requiere de 2 a6 hr, dependiendo del eqUlpo utilizado.~n Ia segunda etap:a de reo?crdo, las pieeas fundidas se eafrian lentamente a Un ar~rcldez de 5, a 15'OF/hr a hayes del intervale critico en el CUllJ tendria Ingar la reac-

    CIon eutecroide ..Durante e 1 lento enfriamiento, el carbona disuel ro en Ia austenita seconVierte en grafito en las particulas de carbona revenidoexistente, Y la ullstenitarestan.te se transforma en Ierrita. Una ve z que Ia grafitizaci6n esta cotnpleta, ningunba'ml ' l1o estructural ulterior t!~me IUJardurante el enfriamiento a temperatura arnbicn.te, y la estruetura oonstade nodules de carbone revenitlo en una matriz de ferrits(fig. 1~.4li), Este tipo se conoce como hierro ferYit iCO maleoble 0 estdndar, La f igu-ra 11.:':1 rnnestra esquemsticamente 16s. cambics en rnicrcestructura durante el ciclode tnaleabil izaci6n.En lafotma de n09ulo!l, compactos, el carbona revenidc a Iibre norornpe la con-t~uidad de la matriz ferrit ica tenaz, pero da como resultado mayor resistencia y due-til idad que la exhibida p.or el hierro. fundido gris, Los n6dulos d e g sa fit o tam bien sir-ven :para lubrlear .herramientas de corte, . lo cual explic~ la .muy alta maquinabilidaddel hierro maleable . .B hierro ferrl tieo maleablese 11autil izado. ampliamente para equi-po automotriz, agricola y Ierroviario; juntas deexpansi6n y piezas fundidas para~Ol)Or--~--.----'-----,--

    T6Ho.ras

    6Q

    F}g. f1,$ .Cambies en rnlcroesrnlctura como tun-qon del cioro de maleablllzacion que origif1H car-~OI'lO rsve,nid0 en una rnatr iz ier rilica ;: (ramada: delIrbro Malle.able Iron Gaslrngs, Malleabl.e FoundersSec i"Hy , Cteve land, Ohlo, 196.6- ,

    CAP, 11. HIE.iRRO FIJNDI'DO 427

    l iilfa:adalOlS depu~btes; ensambles ?e' W liaS de c aden a, _ y ro1Jetes industriales; cone -;(101').65F:~ra tuber ia ; y mucha~ aplicaciones en Ierreteriageneral. v . ,Lo S hterr(lsal:eaGos rnaleables son aquelles cuyas propiedades resul tan de la adi-don de elerneQtos de .:;tle,ad6n no presentee normalrnente en canfidades significahvas~n hierro fenitic9 makable. Como esos hierros aleados maleables estan completa-metlEemaLeabilizados. ; su inftuencia es grande sobte la matdz fetri tiCa. Las principa-lesc1aS,esson. hierro aleado rnaleable al cobre y hierro aleado maleable al cobre molib-den 'b .Elefecto del cobre es aunrentarla resls tencia a la corrosion, la resis tencla tensilv el punto 'de ceBencia a costa de una muy figera reducd6n en-ductilidad, Como~e )i1ue,stra eri la figura 11,6 , la dureza tambien se incre]J1ema. La adid6n de cobre ymolibdeno en cornbinacion produce un hierro maleable de resistencia a 1a corrosiony propiedades rne:canicassuper idres . Las propiedades mecanicas de un hierro aleadomaleable at cobre-molibdeno sort:Resisferl'ci", ten$i!, Ib) pu!g'Pllllt,Q d e . ce d < m c ii l , lb}pulg~Eitll lgaciuIJ:,. porc~Iitaje en 2 pulgBB,l'{

    58 00065 00040 000,45 00015""20135-155

    C0mp'ar~(nse estas propiedades can la s que aparecen en la tabla 1L 1 jJ3:Xa hierrof ' i; r1 t io o m a le a b le .11.5 H.ierro pe.rlitico maleable Si unacantidad qmtrolada de carbono en el Of-}len de 0,3

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    4 2. 8 I N TR Q D .l !J C CJ 6: N A , LA M : E' EA LURGJ. A Fi!$lCA

    e;utectoide IQsnficienternente rapido para reteaer c a r - Q ( ' } J l , . O cornbinado por toda ia llla-triz, La cantjdad deperlita fe;nl' iada depende de.la temperatura a que empieza el teDl_p]e y 1a rapi~i~z d:e e n ~ 1 : a ' _ 1 1 i e n \ 1 Q . ~as altas temperaturas de temple Ylas grande, r a p i _deees de enhWIll111ento.a~re en mfaga) dan como resultado mayores cant1dades decarbone retenido 0:pefli4a. Si e~ temple enai te produce una rapldez de enfriamietltosu'ncientemente rapida a traves del intervale entectoide, la matriz, sera' perlitica COUl-plet1t;N:1ent.e~:_fig. t 1.7) .

    Fig. 1'1.1 HiNfO parlltico maleable. AIa.cad'O~u[micamen1'e en (j. ita,l, 50D)( . (MaUeabl-eFounders Society.)Si. la rapidez de enfriarniento a traves del intervale cririco no es 10 suficiente parasetener todo elcarbcno cQmbina 'do, las areas que rodean los nodulos de carbonero:vefliclo ser-ar\grafitiz;adas. compJetamen~e> en tan to que aqueHasque esran a may o rdistancia de los nodulos scran peeliticas (fig. 11.81. Debido a ~u < 1 f ! d e n c i a - gene-ral, esta estnrctura se conoce como estruetur (Tiel de buey,EJ hllirro tbtalm:ente ferritico malenble se _I!.lw;:deonvertir- en hierro p er lit ic o m a lc a-ble, recnlentado a una temperatura mayor q-ue la crftica, seguida POf ellfriamientorapido. A mayer temperatura, mas carbone se disolvera desde los nodulos de grafito.EI cnfl. 'i:arnien-to suhsecuentc rctendra cl carbone combinado y desarrollara las pro-piedades deseadas.Es practica eomun revenir la rnayoria de los hierros perll ticos. malcables despues

    del l;:.nfrtamicnto por airc. Aquellos que tienen gruesas estructuras pcrll ticas se reV1C - Inen a temperatures relativarnente altas (entre I 20(} Y I 300F) para esfcroidlZarla ~~rhta (fig. I1 .9), rnejorar la maquinabilidad y I , ) . t~naeidad, y disrn inu]r la \ :l.UfCZa .Si se c desea aumentar las propiedades mecanicas de la matriz, es neccsario reca)en-tar de 15 a 30 m-in a un a temperatura entre I 550 a I 60lY'F para reausteniza! Y

    F~g.H',8 A.p"rtienoia t ipica de una esttuctura "o]ode buel'''. Los nodulos de carbono revenldoeslanr o qe . :a c r os pe r areas fen-Hiees (blancas), co n ~erlita),amlnar (osc:;u-r~) localizada en~re los ojosde buev.Atac

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    430 INTRODUCCI6N A LA METAL.URGIA FiSICA

    homogeneizar el material de la matriz, Entonces, las piezas fundrdasse templan eaceite calentado y agitado, e] eual desarrolla ~na matriz de ~ar~ensi ta y bainita CD ~unadureza de Rockwell C 55 a 60. La cantidad de martensrta form ada dependerade la velocidad de ternplado del aceite utilizado, de la temperatura desde la cuat setemp1aJa pieza, del t iernpo a esa temperatura, delespesor de.Ia pieza furrdida y delaquimica del hierro. Entonces, el hierro martensft ico maleable es revenido entre 450 y1 3200Ppara desarrollar las propiedades deseadas, La mlcroestructura de la rnatrizconsta de varies tipos de rnartensita revenida, dependiendo de III dureza final de laspiezas fundidas.El soldado de hierro perlitico maleable rara vez se recomienda, debido a la forma-'Cion de una capa de hierro blanco, fragil y de p.oca resis tencia bajo el cord6n d e

    soldadura, producida pDf Ja fusi6n Y rapido enfr iarniento del hierro rnaleable. La es -tructura perlitica adyacente al hierro blanco en la zona de soldadura tambien sealtera a traves de la redisolucion de algun carbone revenido.En la tabla 11.1 aparecen las propiedades tensiles de hierro maleable, ferritico yperlitico.

    TABLA 11.1 Pmpiedades tensiles de un hierro rnaleablsrrro RESISTENCIA TENSIL, RESTSTENCTA A ELONGACI6N:, BHN

    1 00 0 LB/PULG' LA CEDENCIA, PORCENTAJE1000 LB/PULO' EN 2 PULO

    Pertitico .50-60 32-39 20-10 110-145Perlftico 65-120 45-100 16-2 163-269Las piezas fundidas rnaleables aleadas y perliticas se hacen de hierrcs blancos que

    contienen uno 0 mas elementos de aleacion, de manera que el recocido regular demaleabilizacion n o dara como resultado una matriz ferritica. Lasadieiones de alea-ci6n generalmente no afectan la prirnera etapa de la grC:lfit izaci6n, sino que sirvencomo estabilizadores de carburo durante el intervale eutectoide 0 los tratarnientos derevenido subeutectoide, Muchos elementos de aleacion tan:Jbien incrementan la tern-plabilidad y hacen mas resis tente la rnatriz, EI manganese y el azufre pueden anadirseen cantidades que no se encuentran norrnalmente en hierro maleable estandar. EIcobre puede anadirse para mejorar Ia res is tcncia en general, Ia resis tenela a la cerro-sion y l a distribucion de grafi to; por su parte, el hierro maleablelrperli ticQ, aleadcen forma adecuada, puede ser total mente rnartensitico en seccioncs tan grandescomo :2 pulg dcspues de templar en aire desde 1 6DooF.Algunas apllcaciones industriales del hierro perlitico makable son cajas paraejes y dif'erenciales, ejesde I cvas y ciguciiales paraautomovilcs; para engranes, cata-

    rinas, pernos de union para cadcnas y mensulas elevadoras en equipo transp?rtador;para rodillos, bornbas, boquillas, lcvas y balancines como piezas de maquinana; pararnontas de armas de fuego, piezas para langue y piezas para pistolas reglamentarias; ry finalm ente para una gran variedad de pequerias herramientas, como Ilaves de ttuercas, rnartillos, abrazaderas y cizalladoras.~ 1..6 Hierro fundido gris Este grupo constituyc una de las alcaciones de hierromas arnpliarnentc utilizadas. En la manufacura de hierros fundidos grises, la ten-

    CAP. 11. HIERRO FUNDIDO 43

    F ig . 11.10 Hojl1eras grafiticas en un l1ierro grisfundidp_ Sin estar atacado quurr lcarnente, 100x.dencia de 1a ceraentita a separarse en grafito y austenita 0 Ierrita esIavorecida can~olando la composicion de aleaci6n y las rapideces de enfriamiento. La rnayoria d(los hietros fundidos grises son aleaciones hipoeutecticas que contienen entre 2.5 ~4% de carbona.Estas aleaciones sol idifican forfnando primero austenite prirnaria. La apariencirinicial de carbona combinado esta en la cementita que resulta de III reacci6n eurec.

    tica a 2 065F. E1 proceso de grafitizacidn es ayudado par el alto contenido .de ~r.bono, 13, alta temperatura y la adecuada cantrdad de elementos de grafitizacion,sobre todo el sil icic.S:eha dernostrado experimentalrnenteque, can el adecuado control de los Iac toresme'ncionados, la aleacion seguira el diagrama de equil ibrio estable hierro-grafitc

    (fig. 11.3), formando austenita y grafi to a la temperatura eutectica de 2 07SCJP. Enc uWgu l e r caso, cu a lqu ier ce men tita qu e se forme .segrafit izara con rapi dez. .EI gran tciftparececomo muobas placas irregulares, general mente alargadas y curvas, las cualesdaLl .el hierro fundido gris su caracterfstlca fractura de color igrisaceo 0 negruzco(fig. 11.10). Se debe destacar que mientrasJa microestructura represents su apa-

    Fig. 11.1'1 Mbdelos sspactetes de hojuelasde graWo. (Tomada de MacKenzie,)

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    CA,P. 11. HIERRO FUN'DIDO 43:

    fig. 11.12 Microestructura d"~ un hIerro !;lris tun-dido, H D i u e l c 8 . ~ gr aIH ic as e n una rnatriz pertl tica conuna pequeria c-anf idad de territa (areas b-Iancas),Atacad-a qulrnicamente ell nital 81 2%. a) 100 x, ,6)50Gx.rie.nci1lsobre una superficie plana, las hojuelas son parl,J-oul as tridimcnsienales: enefccto, Son placas curvas aignnasveces eniazadas y pueden represcntarse por los )11(J-G T e l 0 S espaciales mostrades en Jafigura 1].1 ~.'Durante e! enfriarniento continuado, ha y precipitacion adioional de carbono debido

    al decrensento en sol ubil idad de carbona C e T J austenita, c:1cl1-aJseplrecipita como gra-lli!') OCOfllCJ cementite procutectoidc gelG grafihza rapidamente.La l ' t:sJsJcncia del hierro fundido gris .dcpendc casi pnr conspleto de In matriz enque csta incrustado cl grafrto, h1 cual 'C~ determinada por Ja condid6n .de b CCnlCn

    ut a eutectoide, Si la composicicn y rapidez de enfrtamiento son tales que la cementita eutctoid~ tambien grafrt iza , entonces la rnatriz sera completarrrente ferritica; pootro lade, si fa grafrtizacien de.la cementita eutectoide se evita, la maf-riz seta COpIetamente perli tica . La c~~sti tuci6~ de: la ~atriz puede var~arse desde perlita, p~sanGO' por mezclas d perlit a y ferri ta en dlferentes proporciones, basta llegar a hf~rrlta pnkt icamente pura. La mezcla grafrte-ferrita -es 6t hierro grise mas suave:a e o i l ; la resisrencia y ladureza aamentarral incrementarse e 1 carbone combinadoalat:lzando u n maximo C O n e1 hierro perIluco gtis. La .figura' 11.12 rtmestra Ia mictoC$tru'ctur.a de hier ro fundido gr is C OR la m atr iz s asi por entero perllt'f,sa._ _;j_..= _ - -11 .7 SF lic io en hierro f -umtido El silicic e s- nn eleme-ntomuy importante en Im-etaIl ,frgia del hierro gris; Incrementa Ia ftuidez y tiene efecto sabre Ia solidift ' acI6:n de aleacion f B R d r a - a . La composicion entectic'lf . se m u e v e a Ia izquierda (a-pw:X ima r l amen te 0.30% d e c ar bo n e pe r cada 1% de siliero), lo cual abate e fee t ivawentla. teIl1rpeni:- tma 8! I a c ua l la alea cc i6 n e m pie za a s olid ifi ca r; Conforms aam enta e l conttaida de si-Hdo f d-isminuye el a r ea de campo de austenita , el contenido de carbon.eu!ecf0ide dec r ece y Ia t F a n sf o rm ,: a ei 6n e u t ec : to i l e ocerre sobre un intervalo que sa m : p I i a .

    1.0 2_ 0 u,o ~.O 5 .0 6-0 70Silicio, corcentaje

    F i g - . n.13 R.eT-acfcHlde sstructura at C6nte'i"i loo6e- earsono y sj licio de un hierro I tlMi.do. (Tci-r il at ta de Ma l1 re r ,)Bl SiliCIO es u n g ra fi nz ad or y si 11 0 esta contl 'a :balanceado per Ioseler r reatos _d i

    ~romoddllde carbures, favOliece la s~lidifrC'acf6n de acuerdo conel sistema establ..hierro-grafito-. Fo r ende, duonrnte la soIfdlncaci61i e n p r es e nc ia de silicio, e J c ar bo n .S8 precipita como. grafito primario en f o r m a de hojue l a s . Una vez que se ha constitilloe el grafito prlinado, su forma rid puede alterarse por n~llg:Uh metodo, Estas d'ebileS' nojuelas de grafi to rornpen 1a coatinuidad de la matriz y el efecto de- muese(eoncetitra.d6n de t -: sl ue tZb S ), l o cnal explica ia baja resistencia y hi poca ductil idarde l hierre gris.La fjgura' 11.1jrmrestra la relacion dd contenido de carbone y silicic a Ia estructura de seeciones delgadas de hierro rund'fdo. , En 1a region I, itt cement i t a es establede manera que Ia es truc tu ra se ra h ie r r o - 'fuadido lJla'Bco. Bt l la r eg ion II , .hay S u nciente silicid para ptodudr la g ra ti ti za ci on d e tedo el carburo de hierro, excepto 1ementita eutectoide, L a m i c ro e st ru c ta r a Cot:lsisttnl en hojuelas de grafito. en una rn attlz grandemente perlitica, C'omd se 8 en la figara 11.12. En la region In, 1 a grruCantldad de silicio produce la completa disoeiad6n de fa cementitaa grafito y ferrita1 0 e ua l darIl: como result

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    CAP. 11. HIERRO FUNDIDO 43!434 INTRODUCCION A LA METALURGIA FfSICA

    SilicfO, porcentaleFig. 11.14 Relaci6n de la resistencia tensil al con-ten i da de carbono y slllcto de un hierro tundido.(Coyle, Trans. ASM, vol. 12, pag, 446, 1927.)La figu ra 11 .1 4 rnu es tra la in fluenc ia de l eon ten ido de ca rbon a y s ili ci o s ab re laresisteneia tensil: La maxima resistcncia tensil se obt iene con 2.75% de carbone v1 S% de silic ic . Esto s po rcen ta j e s (fig. I 1 .1 3) c ia ra n com o re s u ltado u n h ie rro fun '-

    dido perlitico gris. Si los porcentajes G le carbona y silicic son tales qu e pu die ran fo r-m ar un hierro tundido blanco 0 u n h ierro pe rlltic o gr is , 1a resistencia teusilscra baja.S e requ icre de un cu idadoso control del con ten ido de s ilic ic y de la rap idez deen fr iarn ien to pa ra g ra fitiza r la cement i ra eutecr ica y proeu te c to ide , pew no la cc -

    m en tita eu te c to ide, a fin de te rm ina r COil un h ierro pe rH tico g ris de a lta resistencia11,8 Azufre en hierro fu ndldo La m ay o r ia de lo s hierros g ri se s c om e rc ia le s C011-tienen entre 0.06 y O. 12% de azufre, EI efecto de l azufre sobre la forma de carbonees el con tra rio que e l de l s ilic ic . A m ay o r con ren ido de a z u f r e , m ay or se ra L a can -tidad de carbonocombinado, tendiendo de esta manera a producir un h ie rr o b la nc o,du ro y fragil,Aparte d e , p r o du c i r carbon cornbmado, eJ azufre tiende a reaccionar co n c l h ie rro

    para forrnar sulfuro d e h ie rr o (FeS), Este com puesto de baja fusion pre se nta de l-g ad as c ap as i nt er de nd rf ti ca s y aum en ta la posib ilidad de qu e h ay a fisu ra s a a lta s t e r n -peraturas (fragilidad al rojo). El azufre en grandes cantidades tiende a reducir laf luidez y s u el e .c a us a r cavidades (aire atsapada) en las- piezas tundidas.Aforfunadainentc, e l manganese tiene m ay or a fin id ad para el azufre que e l hie-rro, fo rrn an do su lfu ro de manganese (MnS). Las particulas 'd e s ulf ur o de manga -neso aparecen como pequerias inclusiones ampliarnente dispersadas, la s cu ale s n ope r judic an las p ro piedade s xle la fund icio n . E s p rac tic a conn rn u tiliza r m angane seque contenza dos 0 tres veces SU contenido de azufre.11.9 Manganeso en hierro fundido EI m angan ese e s un estabilizador de carbu-rc qu e tienc le a incrementar la c an ti da d de ca rbcn ocom binado , pe ro e s rnu ch o m e-nos potente qu e el azufre. 5i el manganese es t a presents en la cantidad correcta paraformar su lfn ro de m angane se , su declo s er a r ed uc ir la propo rc icn de ca rbon a com -b in a do e li m ir ia n do d e fec to cle f azu frc . El exceso de m an gane se tien e poco e te c to enla solidifi,caci6n y solo r eta rd a d eb ilm en te la g ra fitiza clo n prirnaria; si n embargo, so -bre la grafitizacion e ute cto ide , e l manganese cs un fuer te cstabilizador d e c ar bu ro .11.10 Fosforo en hierro fundido L a m ay or ia de lo s h ie rro s gr ise s co n tienen en -tr e '0.10 y 0.90% de Io s fo ro o rigin a rio de l m ine ra l de h ie rro , L a m ay o r pa rte de l

    t f I'O se com bine con el h ie rro pa ra Io rrn a r Io stu ro de h ie rro (F e3P), e1 cu al con s ,(as 0, t' ~ tico ternario co o la cernentita y la a us te nita (p er lita a temperaturartuye u n cu ec ' , ,.t bi nte). El (lutectico primario seconoce como esteadita y es u n a c a ra c te r .l st lc 1i l \~r~eal en la microest ructura de 100s .h ien os ~un dido s (fig. 11, 1~ ),' ~a esteadita ~:Ila l1v am en te fragil Y con a lto co n ten ido de. fo sfo ro , en tanto,q~e l~s a re a s de este a~" . d fOfllla r u na red con tm ua de llneando la s den ,dn ta s " ' " J lm an a,s de a ust, e(lita nen 'en a " " , . . 1".

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    Fig. 11,16' Efeclo~eja temp~r_at'ttrade ' I i t i e r < i 1 ' > 1 6 1 ' lde estoerzes Y Bl1i~mpo sabre. e1 esiuerz residua;le n I l; er m f ir -i s, ( Dl ij jd b a P ar R, ' O fi io , 1 98 4.)r as . L a f er n pe ra ti !i a p :a :l '< !tl a sU ll r~ si 6n d e ' t en s ie ir es ' , ' f i ta .gen~t~lmgn, te po r debajo delintervale de tr,aosferma9i6n de , -perlita a auStenita. 'Fara llnfl, m

    pi tUl 'l lS i l ife ,r i o ie5 it 1 30 0oP, se requiefe :gene.ralmen,te uJlfiempo i d ' . e du.entamientoaem\l:siaoo I l P ' t o .,ElhierFo~r1sSe n()r rnf , ll izOS en que n o .e s I'adibleQtlliz~c "mol de s J d ' Q . S " l , < ; romo c o n (Qrmas tom,pIi~a(las; 0 , g ra n dwp i eZ ' ?s f u n 8i d as .La comn.i.nadOIJ; de matriz de alta dureza Y gra~~o co mo u n lu hric~ te qrigina una .ape~fibj.econ buena r~i~tendi;l al desgaste';paraalgUnasaphcacio,nes-, G01TI ,b engranes~ra implel1\eJ1(os de granJil" ruedas t len'taoilS, eaniisas de cilindrostpara motoresUie se l y ~jes de levas J '}ara au to rn ov iles , D e es te m oik~" el t ra ' talPiento tet'Il1ko see J: ti .e i1 ~ a l C '< ll 11Pode aplicaci,6n del hierro gn s com o un tna t~ia l de 1< 1lflgertietta.1 ;- ;12 T:amaiio y distdbuci6ri de l , a ! S h9juelas de g:rsfito La s g r am : i e: s, h o ju e -H~i e 1V a fi to : i n te r rum p en s e ri ar rr en te la contiuulGtl !d de la m~triz pe,rl1 tfc il , reducien-~ do a e . t; st a !1)aneta 1a. resistenc ia y'd'uctilidad d . e J hierro gris, La s , ' pe q u eo~ s ' h o j u _e la s'ae gfafito s on m en os dllffin a~ y ; -po r t

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    4U INTBOl!)UCC16N A LA METALURGIA FiSICA

    Tainano 3 Hojuelas mas larga$ def a 2 pulg del.ongitud.

    /. /\ ~)\j L ,I" / \\

    Hojuelas mas largas cie

    Fig. 11.17 Longiljj,des de las nojustas de- grafitQmediante campos tlplcos 10 mas cereanamente po-sibls a los dlversos tarnanos. (Preparadacot ijunta-menlepoT ta ASTM y la AFS,)La figura LL 17 muestra [as longitudes de las hojuelas mediante cam po s dpiG OS

    10 mas cercanamente posible a los divers os 1amailos. . .,EI le nt o e nf ni am ie nt o de los hi~rJPs hiplJeutecticos para ravorece'r la grafitlUl:C10Iltam,b i~n, prod1J(legrandes cristales de austenite primari~, 10 cual l im i t ,a la lTIez~l~euteotrca 0 el grafito a las t ronteras de grano y dacomo result ado pocas y gruesahojuelasde grafito,Aurnentarel contenido de carbone para incrementat la cantidad de eutectico haeeque sea mayor la cantidad de grafito forma do, lo cual p,)lede debilitar el hierro fun-

    dido en ma,yor medida que una hojuela de menor tamafin pudiera . fortalecerlo~ ".Aumentar .el contenido de siliclo haec que S6 incremente la cantidad de eutect l cOforruado, reduciendo asi ~I tamafio de la hojuela; sin embargo, como el alto conte-

    CAP. 11. HIERRO FUNDIDO 439

    Tamano 1 Hoiuetas mas largas del i ' 6 a fa (Ie pulg .de IOllg)l\ld, Taman);) B Holuelesmas largpS de.)1. o rnenos de pulg de longilud.

    ! 'l ido. de silic ic tiene fuerte influencia sabre la grafitiaacion, Ill . matriz probablernenteSera fetrftka y data COmO resultado una pieza de. fundicion debi! .

    El mejor metodo para reducir el tam afro y mejotar Ia dis t r ibut ion de las hojuelasd.

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    META.LURGIA FI$ICAZ: : c :P:l

    00b00.0. 00gggggggd.,....~-(Oco.,...." r . n ' "r - - - - - - - - j ~ - + - - - ' _ ~ _ ~_ _ ~_ _ ~_ _N__ N~ ~

    ~co '0 (!)Q)COO ll)ui~0m""':cricOI I J I I 1 Im CO C\J tCO . . q - N co( " ) ~ L ( } JL O 'm r - - . : r . . . : Cr - - ; - - - - - - - - - - - - - - ~ . ~o..o;,".NO"' 0- < Il; u:i8i: l.:~ >' .......O i , _ - < z ~ rtlL - 1 , _ l _ ~ , . . lc:jlJ Z(J 0OJ ' " " '~~~ J : I lOJ p :;D gllit' C i Cl J :I l , .0. O O l l J o Z , . . l . . . Z , . . l f - ' O : : : ; ' 0L o(l)...lo.. V i(J 0

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    444 INTRODUCC10N A LA METALURGIA FIS[CALa congelacion empieza primero y la rapidez deenfriamienro es mayor donde el

    metal fundido esta eo contacto con las paredes del molde, La rapidez de enfria.mIentotlecrece conforme se aproxima e1centro de la pieza fundida. Una pieza fun-elida de hierro COIl superficie de hierro blanco puede producirse ajustando Ia compo.sidon del hierro de manera que la rapidez normal de enfriarniento en Ia superficieflea apenas 10 suficientemente rapida para produclr hierro blanco, mientras quo 13rapidez de enfriarniento rnenor por debajo de Ia superficie producira hierro man-chade o gris (fig.H.lO).Si s,610 las areas seleceionadas van a ser de hierro blanco, es practica cormin uti-lizar una composici6n que solidificana como hierro gris y emplesr camisas metalicas(enfriadores) para acelerar la rapidez deenfriamiento de .las areas seleccionadas. Laprofundidad de Ia capa de hierro blanco se controla mediante delgadas placas de

    metal siempre que se desee 'Una tina capa de hierroblanco y grandes placas de metaldondees necesario un enfriado rapido mas profundo.