En la clasificación establecida en 1958 por ISO, el grupo K de materiales de la pieza de trabajo quedó definido como piezas que generan virutas del tipo grieta al ser maquinadas.
En materiales de pieza típicos del grupo K, como las fundiciones, la vibración producida al generar las virutas del tipo grieta puede fácilmente ocasionar despostillamiento en el filo. Por lo general, las virutas del tipo grieta provocan un acabado superficial deficiente como resultado, puede haber un desgaste por abrasión de la herramienta. Sin embargo, hay que recordar que por la forma en que son generadas las virutas, la resistencia al corte no es tan elevada como cuando se maquina aceros o aceros inoxidable.
Maquinabilidad de los materiales de la pieza de trabajo
Recientemente, la fundición de alto grado, incluidos en el grupo K como fundiciones, aumentaron su adhesividad y resistencia. En consecuencia, algunas fundiciones se consideran ahora materiales difíciles de cortar.
En el caso de fundiciones de alto grado como la fundición dúctil y maleable, no siempre se generan virutas del tipo grieta, por lo que el control de virutas es un asunto importante que merece consideración.
Las fundiciones de alto grado también pueden presentar una alta resistencia al corte. Esto puede producir fácilmente desportilladuras, generación de calor y craterización. Una característica del maquinado de fundiciones dúctiles y maleables es que, en comparación con los aceros de uso general, la craterización se produce en un punto más cercano al filo. Al maquinar estos materiales, también debe prestarse atención a la deformación plástica del filo, que podría ocasionar desgaste del flanco.
Otras fundiciones disponibles son las fundiciones endurecidas, como el hierro de fundición en coquilla de solución sólida, y los hierros fundidos maleables de perlita tratados con calor. Ambos materiales son tan duros como el acero. Como incluyen grafito en su estructura, durante el mecanizado se produce vibraciones de alta frecuencia. Por lo tanto, son a menudo considerados materiales difíciles de cortar.
Otra característica de las fundiciones es su superficie, no plana. Esto se debe a que la superficie experimenta expansión y contracción térmicas y se vuelve muy dura como consecuencia de la oxidación térmica ocurrida durante el fundido. Esto, que también se conoce como capa de óxido, es una de las principales causas de problemas durante el maquinado de las fundiciones.
Hay muchos productos fabricados con fundición en moldes de arena. Cuando el metal fundido se vierte en el molde de arena, a veces la arena se mezcla con la superficie del metal. La capa de óxido contaminada con arena tiene un nivel de maquinabilidad deficiente. Esto, en ocasiones, reduce la vida de la herramienta.
Fundición de uso general
Al maquinar fundición de uso general, suelen producirse virutas del tipo grieta. Por lo tanto, se tiende a pensar que hay que dar importancia a la resistencia de corte y el control de virutas. Durante el maquinado, las virutas generadas pueden causar vibraciones, por lo que es importante incrementar la resistencia del filo. Sin embargo, con el creciente empleo de fundición de uso general con mayor fuerza a la tensión, hay casos en los que buscando una mejora en la eficiencia del maquinado se utiliza un filo reductor de la resistencia de corte. Cada fabricante de herramientas ofrece insertos con rompevirutas para el maquinado de la fundición, aunque no hay tantos tipos como para el maquinado del acero. Esto se debe a que la aplicación demanda que los insertos prioricen prevenir la resistencia de corte, más que el control de la viruta.
Fabricación
El proceso de fabricación de la fundición es relativamente simple. Por lo general, consiste en refundir materiales tales como el arrabio, la chatarra de acero, la chatarra de fundición y aleaciones ferrosas para obtener la composición requerida.
El proceso real de refundición puede llevarse a cabo de distintas maneras. Un método consiste en el uso de un cubilote en el que se funden los materiales. En otros métodos se utiliza un horno de inducción sin núcleo magnético o un pequeño horno de arco eléctrico.
Fundición gris. Las líneas negras representan el grafito.
La Fundición gris es la fundición más común y en ocasiones, se conoce simplemente como “fundición”. La fundición gris contiene entre 2.1% y 6.9% de carbono (C) y un máximo de 2% de silicio (Si). El silicio se añade para ayudar a transformar la cementita en una formación de grafito. El grafito se halla en la forma de oblea irregulares que cuando el metal se fractura, pueden quedar a la vista como una matriz gris identificable.La fundición, a menos que se trate de forma especial, es quebradizo debido a la presencia de grafito dentro de su microestructura. El grafito dentro de la microestructura actúa como una especie de rompevirutas y lubrica el filo. Además, a medida que incrementa el porcentaje de grafito, aumenta también la capacidad de absorber la energía de vibraciones, lo que conduce a un incremento de la capacidad de humidificación.
La fundición gris depende en gran medida del ratio de enfriamiento del fundido y del grosor de la sección de la pared. Las secciones delgadas tienen una fuerza tensil considerable. Sin embargo, cuando aumenta el grosor, es más difícil mantener la fuerza tensil. Las propiedades de la fundición gris dependen de la proporción de grafito dentro de la microestructura. Si todo el carbono se ha separado del estado de fusión (o grafitización completa), el hierro fundido gris resultante tendrá obleas de grafito en una microestructura ferrítica. En cambio, si entre el 0.5% y el 0.8% del carbono permanece en la forma de Fe3C, el hierro fundido gris resultante será perlático y además, será más resistente y más duro
Las propiedades mecánicas de la fundición gris son resultado de los efectos de la composición química y el historial de enfriamiento. Por lo general, si se reduce el equivalente combinado de carbono y silicio, la resistencia de la fundición aumentará. Cuando se requiere una fuerza tensil superior a 350 MPa, en secciones más gruesas se utilizan elementos de aleación como el cromo (Cr), el níquel (Ni) o el molibdeno (Mo).
Resistencia al desgaste: la fundición gris tiene una alta resistencia al desgaste y, por ello, se usa frecuentemente en aplicaciones tales como cilindro, anillos de pistones, donde se requiere resistencia al desgaste.
Maquinabilidad: En comparación con otros miembros del grupo de las aleaciones de hierro, la fundición gris en una de las aleaciones de hierro más fáciles de maquinar. Las fundiciones de perlita son las más difíciles.
Fundiciones dúctiles
Al maquinar fundiciones dúctiles, las virutas que se generan no son del tipo grieta sino continuas. Esto puede ocasiona mayor temperatura de corte, lo que, a su vez, puede provocar daños en las herramientas similares a los que se presentan cuando se maquina acero. Por lo tanto, seleccionar materiales y geometrías de herramienta similares a los usados en el maquinado del acero puede ayudar a prevenir los daños.
El proceso de fabricación de las fundiciones dúctiles es igual que el de las fundiciones grises hasta el punto previo a la colada. Justo ante de este paso se añade magnesio (Mg) a la solución. El magnesio ayuda al grafito a formar esferas (nódulos) en lugar de obleas, como suele ocurrir en las fundiciones grises. Las esferas de grafito pueden existir como estructura ferrítica o perlática o como ambas.
En comparación con las fundiciones grises, las esferas de grafito proporcionan mejores propiedades mecánicas. La fundición dúctil es similar al gris en el bajo punto de fusión, la buena fluidez, una capacidad de fundición mejorada y en la resistencia al desgaste. Sin embargo, tiene más resistencia, más ductilidad, más tenacidad y una mayor conformabilidad en caliente. Por ello, su maquinabilidad es un poco inferior en comparación con la fundición gris.
Hierro fundido dúctil (nodular ferrítico). El grafito se observa en las esferoides (nódulos).
Fundiciones maleables
Fundición blanca
Las fundiciones blancas son el único miembro de la familia de las fundiciones que posee carbono en la microestructura únicamente en la forma de carburo. Todo el contenido de carbono presente se encuentra como cementita (Fe3C). Sin el grafito en la microestructura, las fundiciones blancas tienen una apariencia luminosa. Esto explica su nombre. Las fundiciones blancas se pueden obtener a través de un rápido enfriamiento de la solución.
Las fundiciones blancas, dependiendo del contenido de la aleación, tienden a ser extremadamente duras y abrasivas. Tienen muy pocos usos prácticos en términos de componentes estructurales pero, como son extremadamente duras, tienden a ser usados en rodamientos.
Las fundiciones refrigeradas son una versión mejorada de las fundiciones blancas antes mencionadas. Si se ajusta la composición de carbono de la fundición blanca, es posible producir un estado en el que se pueden utilizar ratios de enfriamiento normales. De este modo, la superficie de la fundición tiene una composición de fundición blanca, mientras que el núcleo de la fundición, enfriado a un ratio más lento, alcanza una estructura similar a la de la fundición gris.
La fabricación de la fundición maleables se lleva a cabo mediante el tratamiento térmico de la fundición blanca.
Dentro del grupo de la fundición maleable hay dos variantes principales:
1) Fundición maleables de corazón blanco
2) Fundición maleables de perlita y corazón negro
Fundición maleable de corazón blanco
Las fundiciones maleables de corazón blanco se obtienen mediante el tratamiento térmico de la fundición blanca. La microestructura de las fundiciones maleables de corazón blanco dependerá del ratio de enfriamiento. Hay que recordar que la microestructura no tiene obleas de grafito. En secciones pequeñas, básicamente contendrá perlita y carbono revenido en el sustrato ferrítico. En secciones grandes habrá tres zonas diferenciadas:
Zona de la superficie: contiene ferrita pura.
Zona intermedia: contiene perlita, ferrita y carbono revenido.
Zona del núcleo: contiene perlita, ferrita, carbono revenido e inclusiones ferríticas
Fundiciones maleables de perlita y corazón negro
La microestructura de la fundición maleable de corazón negro consiste sobre todo de ferrita, mientras que la de la fundición maleable de perlita varía según el grado especificado de perlita u otros productos de transformación como la austenita. El grafito está presente en la forma de nódulos de carbono revenido, por lo que no debería existir como obleas.
Propiedades mecánicas de la fundición maleable
La fundición maleable como la dúctil, presenta una ductilidad y una tenacidad elevadas debido a la combinación de grafito nodular y matriz baja en carbono. Sin embargo, debido a la manera en que se forma el grafito en la fundición maleable, los nódulos de grafito no son realmente esféricos, como ocurre con en la fundición dúctil, sino agregados de formas irregulares.
Las fundiciones maleables y dúctiles se usan para aplicaciones similares en las que es necesario tener ductilidad y tenacidad. Por lo general, cuando hay que elegir entre fundición maleable o fundición dúctil, el factor determinante es el precio y la disponibilidad, en lugar de las propiedades. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, como fundiciones de secciones delgadas, la fundición maleable presenta ventajas. Otros usos de la fundición maleable son: bielas de conexión, horquillas de conexión universales, engranajes de transmisión, cajas diferenciales, ciertos tipos de ruedas dentadas, cigüeñales, cubos de compresores, bridas, fijaciones de conductos, piezas de válvulas para ferrocarriles, aplicaciones en la industria marítima y otras tareas pesadas.
Principales tipos de fundición
Hay 5 tipos principales de fundición.
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