Influencia en Los Elementos Aleantes en Las Fundiciones

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Índice Introducción……………………………………………………… ……….…..…. 1 Objetivos………………………………………………………… ……….…....…...1 Marco teórico……………………………………………………………… ...…... 1 •

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Fundición en metalurgia……………………………………….….… 1 Proceso de la fundición …………………………………. ……….…. 2

Contenido rincial …………………………………………………….…..….. ! •

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In"uencia de los elementos tos aleantes en las fundiciones...... # $fecto ctos de los elem lementos tos de alea leación ción en las fundiciones... # Clasi%cación de las fundiciones aleadas………………………… & Fundiciones de baja ' media aleación…………………………… & Fundiciones de alta resistencia a la tracción………………….. ( Fundiciones martens)ticas resistentes al desgaste…………. (

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Fundiciones resistentes al calor con 1* de cromo…………. + Fundiciones de alta dure,a con 1 a #* de cromo…………… + Fundiciones aleadas al cromo………………………………………. + Fundiciones aleadas con aluminio……………………………… 10

Conclusiones……………………………………………………… ………..…..... 10 -ibliograf)a……………………………………………………… ……………..….. 11

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS ALEANTES EN LAS FUNDICIONES 

1. INTRODUCCIÓN: $l resente tema de investigación abarcara los estudios sobre la in"uencia de los elementos aleantes en las fundiciones se e/licara las variaciones ue se resentan en los metales al ser in"uenciadas or diferentes elementos aleantes  dicos cambios variaran de acuerdo al metal ue se est trabajando ' al aleante agregado a este se veri%cara el aumento en su dure,a la variación en cuanto a la maleabilidad ductibilidad del metal al ser aleado etc.

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2. OBJETIVOS: 

3eri%car los cambios ue se roducen en las roiedades de los metales al ser in"uenciados con elementos aleantes en el roceso de fundición.

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$seci%car el uso de cada aleante ' las variaciones ue roduce en los diferentes metales a trabajar.

3. MARCO TEORICO: FUNDICIÓN EN METALURGIA

4a Fundición  es una forma de metalurgia e/tractiva. $l roceso de fundición imlica calentar ' reducir la mena mineral ara obtener un metal  uro ' seararlo de la ganga  ' otros osibles elementos. 5eneralmente se usa como agente reductor una fuente de carbono como el coue el carbón o el carbón vegetal en el asado. $l carbono 6o el monó/ido de carbono generado a artir de l7 saca el o/)geno de la mena de los ó/idos 6o el a,ufre carbonato etc... en los dem8s minerales7 dejando el metal en su forma elemental. Para ello el carbono se o/ida en dos etaas rimero roducindose monó/ido de carbono ' desus dió/ido de carbono. Como la ma'or)a de las menas tienen imure,as con frecuencia es necesario el uso de un fundente o castina como la cali,a ara a'udar a eliminar la ganga acoma9ante en forma de escoria.  :ambin se denomina fundición al roceso de fabricar objetos con metales fundidos mediante moldes ue suele ser la etaa siguiente a la fundición e/tractiva ue es de la ue trata este art)culo. 4as lantas ara la reducción electrol)tica del aluminio generalmente tambin se denominan fundiciones aunue se basan en un roceso f)sico comletamente diferente. $n ellas no se funde el ó/ido de aluminio sino ue se disuelve en "uoruro de aluminio ara roducir la electrólisis de la mena. ;ormalmente se utili,an electrodos de carbono ero en las lantas de dise9o m8s moderno se usan electrodos ue no se consuman. $l roducto %nal es aluminio fundido.

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PROCESO DE LA FUNDICION

4a fundición es un roceso ue imlica m8s ue la simle fusión del metal ara e/traerlo de la mena. 4a ma'or)a de las menas minerales son comuestos en los ue el metal est8 combinado con el o/)geno 6en los ó/idos7 el a,ufre 6en los sulfuros7 o el carbono ' el o/)geno 6en los carbonatos7 entre otros. Para obtener el metal en su forma elemental se debe roducir una reacción u)mica de reducción ue descomonga estos comuestos. Por ello en la fundición se reuiere el uso de sustancias reductoras ue al reaccionar con los elementos met8licos o/idados los transformen en sus formas met8licas.

C!cinción 4a calcinación es el roceso de calentar el mineral asta altas temeraturas ara disiar su materia vol8til. $n el caso de los carbonatos ' sulfatos este roceso sirve ara eliminar el a,ufre ' el carbono no deseados transform8ndolos en ó/idos ue ueden reducirse directamente. Por ello la calcinación en estos casos se ace en ambientes o/idantes. 0?C. $l dió/ido de carbono se libera en la atmósfera dejando el ó/ido de cobre ue se uede reducir como se describe en la siguiente sección.

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4a galena el mineral m8s com@n del lomo se comone rincialmente de sulfuro de lomo 6PbA7. $l sulfuro se o/ida a sul%to 6PbAO#7 en su rimera etaa de descomosición trmica ue origina o/ido de lomo ' an)drido sulfuroso gas 6PbO ' AO27. $l dió/ido de a,ufre 6como el dió/ido de carbono en el ejemlo anterior7 se disia en la atmósfera ' el ó/ido de lomo se reduce incluso en una combustión abierta al aire.

Reducción

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4a reducción es la etaa %nal a altas temeraturas de la fundición. 0?C casi #00 grados or debajo del unto de fusión del ierro ue es de 1>#+?CB



$l ó/ido de mercurio se convierte en vaor de mercurio cerca de los >>0?C casi &00 grados or encima de su unto de fusión de #+?C.

$n el caso de la fundición del ierro el coue como combustible ara calentar el orno adem8s libera monó/ido de carbono ue se combina con los ierro del mineral ' los reduce a ierro met8lico ecuación=

uemado al arder ó/idos de seg@n la

Fe2O# D #CO E 2Fe D #CO 2  $n el caso de la fundición del cobre el roducto intermedio roducido en la calcinación se reduce seg@n la reacción=

CuO D CO E Cu D CO 2  $n ambos casos el gas de dió/ido de carbono  se disia en la atmósfera dejando el metal libre.

Funden"e#

$n el roceso de fundición se usan los fundentes con varios roósitos los rinciales son catali,ar las reacciones deseadas o ue se unan u)micamente a las imure,as o roductos de reacción no deseados ara facilitar su eliminación. $l ó/ido de calcio en forma de cali,a se usa a menudo con este roósito 'a ue uede reaccionar con el dió/ido de carbono ' el dió/ido de

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a,ufre roducido durante la calcinación ' mantenindolos fuera del ambiente de reacción.

la

reducción

4os fundentes ' la escoria ueden roorcionar un servicio secundario adicional desus de ue se a'a comletado la etaa de reducción recubrir con una caa fundida el metal uri%cado ara evitar ue entre en contacto con el o/)geno ue al estar todav)a tan caliente se o/idar)a r8idamente. $n la fundición del ierro se emlea la cali,a al cargar el orno como fuente adicional de monó/ido de carbono ' como sustancia fundente. $ste material se combina con la s)lice resente en el mineral 6ue no se funde a las temeraturas del orno7 ara formar silicato de calcio de ma'or unto de fusión. Ain la cali,a se formar)a silicato de ierro con lo ue se erder)a ierro met8lico. $l silicato de calcio ' otras imure,as forman una escoria ue "ota sobre el metal fundido en la arte inferior del orno. FUNDICIONES ALEADAS

Contiene uno o mas elementos de aleación en cantidades su%cientes ara mejorar las roiedades f)sicas o mec8nicas de las fundiciones ordinarias 4os elementos de aleación se adicionan a las fundiciones ordinarias ara comunicarles alguna roiedad esecial tal como= Gesistencia a la corrosión Gesistencia al desgaste Gesistencia al calor Mejor deseme9o de sus roiedades mec8nicas 4a ma'or)a de los elementos de aleación adicionados a las fundiciones aceleran o retardan la gra%ti,ación ' esta es una de las rinciales ra,ones de su emleo. 4os elementos de aleación m8s utili,ados son el cromo cobre molibdeno n)uel ' vanadio.

$. CONTENIDO %RINCI%A&

INF&UENCIA DE &OS E&EMENTOS A&EANTES EN &AS FUNDICIONES 4as fundiciones aleadas son auellas ue contienen ;i Cr Mo Cu etc. en orcentajes su%cientes ara mejorar las roiedades

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mec8nicas de las fundiciones ordinarias o ara comunicarles alguna otra roiedad esecial como alta resistencia al desgaste alta resistencia a la corrosión a1 calor etc.

EFECTOS DE &OS E&EMENTOS DE A&EACIÓN EN &AS FUNDICIONES. 4os elementos de aleación modi%can la microestructura de las fundiciones ' con ello su dure,a ' resistencia estando en ocasiones estos cambios in"uenciados adem8s or una variación de la temlabilidad. 4os elementos de aleación modi%can tambin como en los aceros la situación de los untos cr)ticos ' adem8s ejercen una acción mu' imortante ' comleja de la gra%ti,ación. $n la tabla I se se9ala la in"uencia ue los diversos elementos aleados ejercen sobre la formación del gra%to ' de los carburos ' sobre las caracter)sticas de la matri, ' en la tabla II se se9ala la in"uencia ue tienen sobre los untos cr)ticos. Ciertos elementos como el Ailicio aluminio n)uel ' cobre ue se disuelven en la ferrita la endurecen ' la acen aumentar su resistencia Aon elementos ue favorecen la gra%ti,ación. Otros elementos como el cromo manganeso ' molibdeno son formadores de carburos son elementos ue tienden a formar fundición blanca en ve, de gris ' di%cultan la gra%ti,ación.

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TAB&A I

TAB&A II

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C&ASIFICACION DE &AS FUNDICIONES A&EADAS. He una forma general se ueden clasi%car las fundiciones aleadas en dos gruos= 1. Fundiciones de baja ' media aleación ue se caracteri,an or tener eue9as cantidades de ;i Cr Mo ' Cu generalmente en orcentajes inferiores a >*. $n general son fundiciones de alta resistencia a la tracción de 2> a >0gJmm2 mu' suerior a la de las fundiciones ordinarias. Auelen ser de estructura erlitica sorb)tica bain)tica ' martens)tica.  :ambin ertenecen a este gruo de fundiciones de baja aleación las fundiciones con 1 a 2* de cromo resistente al calor ' las fundiciones martens)ticas mu' resistentes al desgaste. 2. $n esta familia se suelen agruar las fundiciones mu' resistentes al desgaste al calor ' a la corrosión ' cu'a micro estructura suele ser austen)tica o ferri)tica.

FUNDICIONES DE BAJA ' MEDIA A&EACION. $stas fundiciones suelen contener cantidades de n)uel cromo molibdeno ' cobre en orcentajes generalmente inferiores al 1.>*. $n estas fundiciones de gran resistencia es frecuente ue los elementos aleados estn en la roorción de una arte de cromo ' dos o tres artes de n)uel. $l cobre ' el molibdeno en general suelen encontrarse en cantidades relativamente eue9as emle8ndose estos elementos unas veces solos ' otras con n)uel o cromo o con ambos a la ve,. $n ocasiones muco menos frecuentes estas fundiciones contienen tambin eue9as cantidades de titanio ' vanadio ue son a9adidos rincialmente ara conseguir disminuir el tama9o de las l8minas de gra%to o ara a%narar la matri, ' ara mejorar tambin la resistencia al desgaste.

FUNDICIONES DE A&TA RESISTENCIA A &A TRACCIÓN. $n este gruo se inclu'en una gran variedad de fundiciones de comosiciones mu' diversas ' resistencia a la tracción variables de 2> a >0 gJmm2 .< este gruo ertenecen ciertas fundiciones al n)uel fundiciones al cromo al cromon)uel al cobre etc. $n estas fundiciones una de las ventajas m8s imortantes del emleo de los elementos de aleación es ue con ellos se evita la

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formación de grandes l8minas de gra%to ' se aumenta la resistencia de la matri,.  :ambin es imortante se9alar ue la resencia de esos elementos reduce la suscetibilidad de las fundiciones a las variaciones de sección. $s decir se consiguen ue las roiedades sean m8s constantes en ie,as de diferentes esesores. 0* alcan,8ndose con ellas dure,as variables de >00 a (00 -rinell. $n L -rinell ue aduieren directamente de la colada sin ning@n tratamiento. ;o ueden ser mecani,adas con erramientas ordinarias.

FUNDICIONES RESISTENTES A& CA&OR CON 10 DE CROMO. na de las di%cultades del emleo de las fundiciones ordinarias ara ciertos usos es el incamiento ue e/erimentan cuando sufren calentamiento a temeraturas sueriores a !>00.

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Para mu' elevadas temeraturas de servicio ' en ocasiones en ue no imorta muco el recio se emlean fundiciones austen)ticas con 1> o 20* de n)uel. Pero cuando el calentamiento del material no asa de los (00 ?C ' no se ueden emlear materiales caros se ueden usar las fundiciones aleadas con eue9os orcentajes de cromo ' bajo contenido en silicio con las ue se obtienen mu' buenos resultados. Ae ueden usar de 0.& a 1.2>* de cromo ue act@a como elemento estabili,ador de carburos ' contenidos bajos en silicio de 1.> a 2* ara limitar la gra%ti,ación ue es una de las causas del incamiento.

FUNDICIONES DE A&TA DUREA CON 1 A 30 DE CROMO. $mleando contenidos de cromo variables de 1 a 2* se obtienen fundiciones blancas de dure,a mu' elevada. $stas fundiciones se emlean bastante oco casi e/clusivamente en casos en ue interesa gran resistencia al desgaste ' a la abrasión ' no imorta muco la tenacidad del material. Para la fabricación de lacas de blindaje ie,as de ro,amiento ,aatas de freno g@ias de rodadura son mu' emleadas fundiciones blancas de 2 a #* de cromo con dure,as variables !00 a !>0 -rinell.

FUNDICONES A&EADAS A& CROMO. 4as fundiciones con alto orcentaje de cromo se ueden clasi%car en dos familias= 1. Fundiciones con & a 2>* de cromo ue son fundiciones blancas de mu' elevada dure,a= !00 a >>0 -rinell. 2. Fundiciones de ##* de cromo ue son de estructura ferr)tica. 4as rimeras son de gran resistencia al desgaste ' buena resistencia al calor ' las segundas tienen mu' buena resistencia a la o/idación a temeraturas mu' elevadas. 4a in"uencia ue ejercen diversos contenidos de cromo as)  como las microestructuras ' caracter)sticas ue se obtienen en cada caso se ver8n a continuación. $l cromo en orcentajes de 0.10 a 0.20* a%na la erlita ' el gra%to de las fundiciones ordinarias. 

Con 1* de cromo se rovoca 'a la aarición de carburos de gran dure,a ue adem8s son mu' estables a altas temeraturas.

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Con 2* de cromo desaarece el gra%to. 4a fundición gris se convierte en blanca ' la roorción de carburos de cromo aumenta. 

Con &* la matri, es erl)tica ' la cantidad de carburos ue aarecen en la micro estructura es 'a mu' imortante. 

< artir de 12* de cromo los carburos se a%nan ' se disonen en red aareciendo austenita en la microestructura.

C)*)#ici)ne# de !/un# undici)ne# ! c+)*) 4 ! #i!ici) de u#) +ecuen"e. Comosiciones en * Hure,a C Ai Cr -rinell Fundiciones al cromo

#.2> 1.(> 0.>0 2(> #.& 2 1 #00 #.& 2 1.(> #>0 #.2> 2.(0 2.>0 #K0 1.(> 1.(> & #K0 1.+0 1.(> 1& !>0 1.+0 1.(> 2> !>0 1 1.(> #0 2&> Fundiciones al silicio

2.!0 &.>  2K0 0.(0 1> N >00 Cuando se llega a #0* de cromo se observa ue la matri, es 'a ferr)tica ' ue en ella a' eue9as cantidades del eutctico 6ferritacarburo de cromo7. $stas fundiciones no tienen 'a untos de transformación en el calentamiento ' en su estructura aarecen carburos de cromo %no incrustados en la matri,. 4as fundiciones de mu' alto orcentaje de cromo ueden resistir bien a la o/idación ' a la corrosión. Ae consigue buena resistencia a la o/idación

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cuando el contenido en cromo es or lo menos igual a 10 veces el del carbono adem8s resistir8n tambin a la corrosión cuando el cromo es m8s de 1> veces el carbono.

FUNDICIONES A&EADAS CON A&UMINIO Gecientemente se an comen,ado a fabricar ' emlear ciertas fundiciones con aluminio. Ain embargo en la actualidad todav)a su emleo es mu' limitado orue su fabricación es mu' di%cil. 4a adición de cantidades de aluminio sueriores al &.>* ace desaarecer el gra%to en las fundiciones ' ace ue aare,ca la matri, formada or ferrita ' carburos comlejos. $sta estructura ferr)tica como la de las fundiciones al silicio es mu' ino/idable ' refractaria al calor. 4as dos clases m8s imortantes son=  





4as fundiciones con (* de aluminio ue tienen buena resistencia al fuego Pueden utili,arse asta K>0 ?C . Ae mecani,an bastante bien. Au resistencia a la tracción es de unos 1+ gJmm2 ' su dure,a dc #00 -rinell. 4as fundiciones con m8s de +* de aluminio ue tienen mu' buena resistencia a la o/idación ' ueden ser utili,adas a m8s altas temeraturas asta unos 1000 ?C Aon dif)ciles de mecani,ar salvo a la muela. Au resistencia a la tracción es de unos 1# gJmm2 ' su dure,a suele variar de 2>0 a >00 -rinell.

5. CONC&USION: 

4os elementos de aleación modi%can la microestructura de las fundiciones ' con ello su dure,a ' resistencia estando en ocasiones estos cambios in"uenciados adem8s or una variación de la temlabilidad.

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$l bajo costo ' la e/celente colabilidad an dado lugar a un e/tenso desarrollo de distintas aleaciones en alicaciones como= bloues de motor camisas de istón engranajes cueros de v8lvula ie,as de automóvil ' otras mucas ie,as ara mauinaria.

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4a in"uencia de estos elementos es mu' distinta ' utili,ando el orcentaje conveniente obtenemos metales con caracter)sticas mu' diferentes. Podemos fabricar ie,as de gran esesor con resistencias mu' elevadas en el interior de las mismas erramientas ue resisten erfectamente a la acción de los agentes corrosivos comonentes mec8nicos ue alcan,an grandes dure,as con gran tenacidad mecanismos ue mantengan elevadas resistencias a@n a altas temeraturas moldes de formas mu' comlicadas ue no se deformen ni agrieten en el temle etc.

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$stos aleantes ueden disolverse en la ferrita o formar soluciones sólidas con el ierro alfa o bien ueden tener tendencia a formar carburos.