Tipos de Fundiciones

Fundición Blanca

La fundición blanca es aquella en la que todo el carbono está combinado bajo la forma de cementita. Se distinguen por que al fracturarse presenta un color blanco brillante. Es un tipo de fundición menos fluida que la gris y al solidificarse se produce algo de contracción.

Las fundiciones blancas al contener cementita hacen que estas presenten gran dureza y fragilidad, aunque posee una gran resistencia al desgaste y a la abrasión. El punto de fusión se encuentra entre los 1100 y 1200 °C.

Al presentar fragilidad y falta de maquinabilidad su aplicación es muy limitada en el campo de la ingeniería. Por otra parte si son muy empleadas en aquellos casos donde la ductilidad no es un requisito como por ejemplo en camisas interiores de hormigoneras, en placas de revestimiento de molinos para triturar o en rodillos. Aunque su principal uso es como material base para fabricar fundiciones maleables.

Fundición Gris

El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición gris es un tipo de aleación conocida como fundición, cuyo tipo más común es el conocido como hierro fundido gris.

El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. 

Una característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.

Las propiedades físicas y en particular las mecánicas varían dentro de amplios intervalos respondiendo a factores como la composición química, rapidez de enfriamiento después del vaciado, tamaño y espesor de las piezas, práctica de vaciado, tratamiento térmico y parámetros microestructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamaño de las hojuelas de grafito.

La composición típica para obtener una microestructura grafítica es de 2.5 a 4% de carbono y de 1 a 3% de silicio, el silicio juega un papel importante en diferenciar a la fundición gris de la fundición blanca, esto es debido a que el silicio es un estabilizador de grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde los carburos de hierro. Otro factor importante que ayuda a la formación de grafito es la velocidad de solidificación de la colada, una velocidad lenta tenderá a producir más grafito y una matriz ferritica, una velocidad moderada tenderá a producir una mayor matriz perlitica, para lograr una matriz 100% ferritica, se debe someter la fundición a un tratamiento térmico de recocido.

Fundición 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.

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.

Fundición Maleable

Al calentar la fundición blanca a temperaturas entre 800 y 900 ºC por un período de tiempo prolongado y en una atmósfera neutra (para evitar la oxidación) se obtiene una descomposición de la cementita, formándose grafito, que se presenta en forma de uvas o rosetas rodeados de una matriz ferrítica o perlítica, dependiendo de la velocidad de enfriamiento, y se conoce con el nombre de fundición maleable.

La microestructura es similar a la de la fundición nodular, lo que origina una resistencia relativamente alta y una ductilidad o maleabilidad apreciable. Entre sus aplicaciones más representativas, están las varillas de acoplamiento, los engranajes de transmisión y las cajas de diferencial para la industria automotriz, así como accesorios para tuberías y partes para válvulas de ferrocarril, marinas y otros tipos de trabajos pesados.

Fundición en coquilla

Las fundiciones en coquilla, se obtienen colando el metal fundido en coquilla metálica. De esta forma se obtienen piezas constituidas por una capa periférica dura y resistente a la abrasión de fundición blanca, que envuelve totalmente a un corazón más blando de fundición gris, siendo necesario para conseguir buenos resultados tener un control muy cuidadoso de la composición y de la velocidad de enfriamiento.

Las fundiciones en coquilla pueden obtenerse ajustando la composición de la fundición de tal modo que la velocidad de enfriamiento del normal en la superficie sea la justa para que se forme fundición blanca, mientras que en el interior, al ser menor la velocidad, se obtiene fundiciones atruchadas y grises.

Jugando con los espesores metálicos del molde y con algunos componentes de la aleación como el silicio, manganeso, fósforo etc. se puede controlar el espesor de la capa de fundición blanca que se desea obtener.

Fundición Aleada

Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, Etc. En porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor, etc.

Fernando Aranaga C.I. 25.893.524

Bibliografía:

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_blanca

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_gris

http://www.fundinox.cl/ASTM_A536.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_maleable

http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/inf-fund-coquilla.html

Historia de la Fundición

De los siete metales conocidos en la antigüedad (oro, plata, cobre, estaño, plomo, mercurio y hierro) solo el oro se encuentra regularmente en forma nativa en la naturaleza. Los demás se encuentran principalmente formando parte de minerales, aunque todos ellos pueden aparecer en pequeñas cantidades en forma nativa (comercialmente insignificantes). Estos minerales son principalmente óxidos, sulfuros y carbonatos del metal mezclados con otros componentes como sílice y alúmina. Al calcinar los carbonatos y sulfuros en contacto con el aire se convierten en óxidos. Los óxidos no necesitan transformación previa en el proceso de fundición. El monóxido de carbono (CO) era (y es) el principal agente reductor elegido para la fundición. Se produce fácilmente durante el proceso de combustión usado para calentar los minerales en el horno y como es un gas entra en contacto con la mena mineral directamente.

En el viejo mundo hombres aprendieron a obtener metales mediante fundición en la prehistoria, en el VII milenio a. C. El descubrimiento y uso de los metales útiles para la fabricación de herramientas, el cobre y el bronce primeramente, y posteriormente el hierro, causaron un gran impacto en las sociedades humanas de la época. El efecto fue tan generalizado que los historiadores han dividido la historia de la antigüedad en Edad de Piedra, Edad del Bronce, Edad del Hierro.

En América, las sociedades preincaicas de los Andes centrales del actual Perú consiguieron la fundición del cobre y la plata independientemente al menos seis siglos antes de la colonización europea del siglo XVI.

Metales comunes

Las menas de los metales comunes suelen ser sulfuros. Para su obtención en los últimos siglos se ha usado el horno de reverbero. Estos mantienen el combustible y los minerales de fundición separados. Tradicionalmente se usaban para realizar la primera etapa: la formación de dos líquidos, una escoria oxidada que contenga la mayor parte de las impurezas y una mata que sulfuro que contiene el sulfuro del metal deseado y algunas impurezas. Estos hornos de fundición actualmente miden unos 40 m de largo, 3 m de alto y 10 m de ancho. El combustible que se quema en un extremo y su calor funde los sulfuros concentrados (generalmente tras una calcinación parcial), que se alimenta a través de la apertura del techo del horno. La escoria flota sobre la mata que es más pesada, y es eliminada para su desecho o reciclado. Entonces la mata de sulfuro es enviada a un convertidor metalúrgico. Los detalles de este proceso varían entre hornos dependiendo de las propiedades de los minerales que componen la mena y de su concentración.

Aunque los hornos de reverbero tienen un rendimiento muy bueno porque producen escorias que contienen muy poco cobre, son relativamente ineficientes energéticamente y producen una concentración baja de dióxido de azufre en los gases que emiten, lo que hace difícil su captura, y por consiguiente están siendo sustituidos por una nueva generación de tecnologías de fundición del cobre. Los hornos de fundición más recientes se basan en las tecnologías de fusión en baño, de inyectado por lanza de oxígeno, fusión autógena o los altos hornos. Algunos ejemplos de la fundición por baño son el horno Noranda, el horno Isasmelt, el reactor Teniente, el horno Vunyukov y la tecnología SKS, entre otros. El inyectado por la lanza de oxígeno está representado por el reactor de fundición Mitsubishi. La fundición autógena supone el 50% de la fundición de cobre del mundo. Hay muchas más variedades de procesos de fundición como el Kivset, Ausmelt, Tamano, EAF y BF.

Rafael Peralta C.I. 20.022.682

Bibliografía:

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_(metalurgia)

Fundiciones

La fundición es una forma de metalurgia extractiva. El proceso de fundición implica calentar y reducir la mena mineral para obtener un metal puro, y separarlo de la ganga y otros posibles elementos. Generalmente se usa como agente reductor una fuente de carbono, como el coque, el carbón o el carbón vegetal en el pasado. El carbono (o el monoxido de carbono generado a partir de él) saca el oxigeno de la mena, dejando el metal en forma elemental. Por ello el carbono se oxida en dos etapas, primero produciéndose monóxido de carbono y después dióxido de carbono. Como la mayoría de las menas tienen impurezas, con frecuencia es necesario el uso de un fundente o castina, como la caliza, para eliminar la ganga acompañante en forma de escoria.

También se denomina fundición al proceso de fabricar objetos con metales fundidos mediante moldes, que suele ser la etapa siguiente a la fundición extractiva, que es de la que trata este artículo. Las plantas para la reducción electrolítica del aluminio generalmente también se denominan fundiciones, aunque es un proceso completamente diferente. En ellas no se funde el óxido de aluminio sino que se disuelve en fluoruro de aluminio. Normalmente se utilizan electrodos de carbono, pero en las plantas de diseño más moderno se usan electrodos que no se consuman. El producto final es aluminio fundido.

 Procesos

La fundición requiere más que la simple fusión del metal para extraerlo de la mena. La mayoría de las menas minerales son compuestos en los que el metal está combinado con el oxigeno (en los óxidos), el azufre (en los sulfuros ) o el carbono y el oxígeno (en los carbonatos), entre otros. Para obtener el metal se debe producir una reacción química de reducción que descomponga estos compuestos. Por ello la fundición implica usar sustancias reductoras que al reaccionar con los elementos metálicos oxidados los transformen en sus formas metálicas.

Calcinación

La calcinación es el proceso de calentar el mineral hasta altas temperaturas para disipar su materia volátil. En el caso de los carbonatos y sulfatos este proceso sirve para eliminar el azufre y el carbono no deseados, transformándolos en óxidos que pueden reducirse directamente. Por ello la calcinación en estos casos se hace en ambientes oxidantes. Algunos ejemplos prácticos son:

• la malaquita, una mena corriente del cobre, es principalmente carbonato de cobre (CuCO₃). Este mineral se descompone térmicamente a CuO y CO₂ en varias etapas entre los 250°C y 350°C. El dióxido de carbono se libera en la atmósfera dejando el oxido de cobre que se puede reducir como se describe en la siguiente sección.

• la galena, el mineral más común del plomo, se compone principalmente de sulfuro de plomo (PbS). El sulfuro se oxida a sulfito (PbSO₃) en su primera etapa de descomposición térmica que origina oxido de plomo y anhídrido sulfuroso gas (PbO y SO₂). El dióxido de azufre (como el dióxido de carbono en el ejemplo anterior) se disipa en la atmósfera y el oxido de de plomo se reduce incluso en una combustión abierta al aire.

  

Reducción

La reducción  es la etapa final a altas temperatura de la fundición. Aquí es cuando el óxido se convierte en metal elemental. El ambiente reductor (generalmente proporcionado por el monóxido de carbono que se produce por la combustión incompleta del carbono en el interior del horno poco ventilado) saca a los átomos de oxígeno del mineral puro. Las temperaturas necesarias varían en un amplio rango, tanto en la comparación entre los distintos metales como en la relación con el punto de fusión del propio metal. Por ejemplo:

• El óxido de hierro se convierte en hierro metálico alrededor de los 1250°C, casi 300 grados por debajo del punto de fusión del hierro que es de 1538°C.

• El óxido de mercurio se convierte en vapor de mercurio cerca de los 550°C, casi 600 grados por encima de su punto de fusión de -38°C.

En el caso de la fundición del hierro. El coque quemado como combustible para calentar el horno, al arder libera monoxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico, según la ecuación:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ ↑

En el caso de la fundición del cobre el producto intermedio producido en la calcinación se reduce según la reacción:

CuO + CO → Cu + CO₂ ↑

En ambos casos el gas de dióxido de carbono se disipa en la atmósfera dejando el metal libre.

Fundentes

En el proceso de fundición se usan los fundentes con varios propósitos, los principales son catalizar las reacciones deseadas o que se unan químicamente a las impurezas o productos de reacción no deseados para facilitar su eliminación. El oxido de calcio, en forma de caliza, se usa a menudo con este propósito, ya que puede reaccionar con el dióxido de carbono y el dióxido de azufre producidos durante la calcinación y la reducción manteniéndolos fuera del ambiente de reacción.

Los fundentes y la escoria pueden proporcionar un servicio secundario adicional después de que se haya completado la etapa de reducción, recubrir con una capa fundida el metal purificado para evitar que entre en contacto con el oxígeno, que al estar todavía tan caliente se oxidaría rápidamente.

En la fundición del hierro se emplea la caliza al cargar el horno como fuente adicional de monoxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno.

Vincenzo Di Serafino C.I. 26.033.535

Bibliografía:

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_(metalurgia)