Clasificación de Fundiciones según su Microestructura

Las fundiciones primarias se clasifican en función de si el carbono se encuentra combinado químicamente o libre en forma de grafito. A continuación, se describen los principales tipos.

• Fundiciones Grises

  En este tipo de fundición, se añaden elementos grafitizantes como el silicio (Si) para disminuir las agrupaciones atómicas de hierro y carbono, impidiendo su solidificación conjunta. Dado que el hierro tiene mayor afinidad con estos elementos grafitizantes, el carbono solidifica de forma independiente como grafito. Este proceso inhibe la formación de carburos, resultando en láminas de carbono dentro de una matriz perlítica o ferrítica-perlítica, lo que confiere a la aleación una excelente maquinabilidad. La solidificación se realiza típicamente en moldes de arena (térreos).

  Dentro de esta categoría destacan las fundiciones nodulares y las fundiciones vermiculares.

  Características morfológicas de una fundición gris de matriz perlítica

  Se caracteriza por ser una fundición con carbono segregado en forma de láminas de grafito, rodeadas de perlita.

• Fundiciones Blancas

  En estas fundiciones, casi todo el carbono se encuentra combinado en forma de cementita (Fe₃C) o carburos, formando grandes cantidades de Fe₃C en una matriz perlítica. Por esta razón, son extremadamente duras y frágiles, con baja resistencia a la tracción, pero alta resistencia al desgaste, siendo muy difíciles de mecanizar. Debido a su fragilidad, la fundición blanca no tiene aplicación práctica directa.

  Se emplean como material base para obtener fundiciones maleables mediante un recocido o tratamiento térmico de maleabilización, que mejora su maquinabilidad. Según el procedimiento de fabricación, se pueden obtener:

  • Fundiciones maleables europeas: Se obtienen por recocido decarburante en una atmósfera oxidante. Esto disminuye el porcentaje de carbono y la estructura final será ferrítica.
  • Fundiciones maleables americanas: Se obtienen por recocido grafitizante en una atmósfera neutra. El porcentaje de carbono se mantiene y la cementita se transforma en austenita y carbono grafítico en forma de nódulos irregulares.

• Fundiciones Atruchadas

  Son fundiciones con características intermedias entre las grises y las blancas. La presencia de silicio evita la formación completa de carburos, pero al enfriarse en un molde metálico, la disipación del calor es más rápida. El resultado es una microestructura que contiene tanto carbono en forma de grafito como en forma de carburos.

Microestructuras y Fases Clave en Aceros

Perlita

Si se acelera el proceso de enfriamiento en la formación de perlita en un acero hipoeutectoide, la estructura laminar eutectoide de ferrita y cementita disminuirá su distancia interlaminar. Esto da como resultado una estructura mucho más dura, resistente y menos dúctil.

Martensita

La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa (Fe-α), que se obtiene a partir de un enfriamiento muy rápido (temple) de un acero. Durante este proceso, se produce un cambio alotrópico sin difusión, obteniendo una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), que es una BCC deformada. La presencia de átomos de carbono intersticiales genera grandes tensiones en la red, creando mayores obstáculos para el desplazamiento de las dislocaciones, lo que la convierte en la microestructura más dura y frágil de los aceros.

Características de la Martensita

De las siguientes características, las correctas son:

• Una solución sólida.
• Tiene estructura BCC deformada (más precisamente, BCT).
• Su transformación es sin difusión.
• Su formación depende del porcentaje de carbono del acero.

Nota: No es un compuesto químico, su estructura no es tetragonal centrada en las caras y no es tenaz, sino frágil.

Clasificación y Aplicaciones de los Aceros

Clasificación según el Contenido de Carbono

• Aceros de bajo contenido de carbono (<0,3% C): Son dúctiles, tenaces, soldables y mecanizables. Admiten deformación plástica en frío y se puede aumentar su resistencia mediante tratamientos térmicos como la cementación.
• Aceros de contenido medio de carbono (0,3% – 0,6% C): Pueden ser tratados térmicamente para mejorar sus propiedades mecánicas. Al ser tratados, son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles y tenaces. Tienen baja templabilidad, pero adiciones de cromo, níquel y molibdeno mejoran su capacidad para ser endurecidos, generando distintas combinaciones de resistencia-ductilidad.
• Aceros de alto contenido de carbono (0,6% – 2,11% C): Son mucho más duros, resistentes y menos dúctiles. Se suelen utilizar en condición templada y revenida, donde son especialmente resistentes al desgaste y adquieren tenacidad.

Aptitud para la Deformación Plástica

Los aceros más aptos para la deformación plástica son los de bajo y medio contenido de carbono, ya que a medida que aumenta la cantidad de carbono, el material se vuelve más resistente, duro y frágil.

Aplicaciones Típicas según el Carbono

• Deformación plástica: Aceros de bajo carbono.
• Fabricación de resortes: Aceros de medio carbono.
• Fabricación de rieles: Aceros de alto carbono.
• Aptos para templar: Aceros de medio y alto carbono.
• Aptos para cementar: Aceros de bajo carbono.
• Aptos para mecanizar: Aceros de bajo y medio carbono.

Fundamentos de los Tratamientos Térmicos en Aceros

Diferencia entre Recocido Subcrítico y Revenido

El revenido es un tratamiento obligatorio posterior al temple que reduce la fragilidad excesiva de la martensita para aumentar la tenacidad del material (formando martensita revenida). Por otro lado, el recocido subcrítico busca ablandar el acero y eliminar tensiones internas generadas por deformación plástica (como forja o laminado) para facilitar el mecanizado y recristalizar la estructura.

Resumen Comparativo

• El Revenido se aplica obligatoriamente después de un Temple (tratamiento térmico) para transformar la martensita frágil en martensita revenida, reduciendo dureza y aumentando tenacidad.
• El Recocido Subcrítico se aplica generalmente después de un trabajo en frío (deformación mecánica) para producir la recristalización de los granos deformados, ablandar el material y eliminar tensiones internas.

Clasificación de Tratamientos: Hipercríticos, Intercríticos y Subcríticos

Un tratamiento térmico se clasifica según la temperatura a la que se realiza el período de permanencia después del calentamiento:

• Es hipercrítico si la permanencia se produce a una temperatura por encima de las dos temperaturas críticas (Ac₃ y Acm).
• Es intercrítico si se produce en una temperatura intermedia entre las temperaturas críticas (Ac₁ y Ac₃).
• Es subcrítico si se produce a una temperatura por debajo de la temperatura crítica inferior (Ac₁).

Los tratamientos térmicos subcríticos no sufren cambios de fase en la matriz del material.

Aceros que Requieren Doble Revenido

Requieren un doble revenido después del temple aquellos aceros cuya curva de transformación martensítica final (M₉₀) se encuentra a una temperatura bajo cero. Estos aceros retienen una cantidad significativa de austenita a temperatura ambiente después del temple. El primer revenido transforma la austenita retenida en martensita (frágil), y el segundo revenido es necesario para aliviar las tensiones y aumentar la tenacidad de esta nueva martensita.

Tabla Resumen de Tratamientos Térmicos

Influencia de Elementos de Aleación y Otras Aleaciones Metálicas

Función del Silicio en las Fundiciones

El silicio es un elemento clave que favorece la formación de grafito (grafitización). Además de este efecto, produce un marcado cambio en la posición de las líneas del diagrama de equilibrio hierro-carbono. Uno de sus efectos más pronunciados es un desplazamiento de la proporción de carbono correspondiente al punto eutéctico (concepto de carbono equivalente). El silicio es un elemento alfágeno, es decir, estabiliza y aumenta la región de la fase alfa (ferrita) y disminuye la región de la fase gamma (austenita), además de aumentar la temperatura eutectoide. Su papel es fundamental para diferenciar la fundición gris de la fundición blanca.

Clasificación y Propiedades de los Latones (Aleación Cu-Zn)

Según su estructura, los latones se clasifican en:

• ¿Qué latones sufren dezincificación? Los latones alfa-amarillos son más susceptibles a este tipo de corrosión.
• ¿Qué latones son aptos para la deformación plástica en frío? Los latones alfa-rojos y los latones alfa-amarillos.
• ¿Qué latones poseen mayor resistencia mecánica y dureza? Los latones alfa-beta, debido a la presencia de la fase beta, que es más dura y resistente.

Verificación de Conceptos Clave en Metalurgia (Verdadero/Falso)

• Afirmación: La cementita es una solución sólida con máxima solubilidad de 6,67% de carbono.
  Respuesta: Falso. La cementita (Fe₃C) es un compuesto químico intermetálico, no una solución sólida. Su composición es fija en 6,67% de carbono en peso.
• Afirmación: La máxima solubilidad de C en Fe-α es de 0,8% de carbono.
  Respuesta: Falso. La máxima solubilidad de carbono en la ferrita (Fe-α) es de 0,022% a 727°C.
• Afirmación: Los aceros hipereutectoides a temperatura ambiente están formados por austenita y cementita.
  Respuesta: Falso. A temperatura ambiente, están formados por perlita (que es una mezcla de ferrita y cementita) y cementita proeutectoide en los bordes de grano.
• Afirmación: A temperatura ambiente en aceros eutectoides hay ferrita y Fe₃C en borde de grano.
  Respuesta: Falso. En un acero eutectoide, toda la estructura a temperatura ambiente es perlita (una mezcla laminar de ferrita y cementita). No hay constituyentes proeutectoides en los bordes de grano.
• Afirmación: La austenita es una solución sólida sustitucional de C en Fe-γ de estructura BCC.
  Respuesta: Falso. Es una solución sólida intersticial de carbono en hierro gamma (Fe-γ), y su estructura cristalina es cúbica centrada en las caras (FCC).
• Afirmación: La perlita es una solución sólida.
  Respuesta: Falso. La perlita es una mezcla eutectoide bifásica con una microestructura que presenta láminas alternas de ferrita y cementita.
• Afirmación: La perlita tiene un punto de fusión de máxima solubilidad.
  Respuesta: Falso. Al ser una mezcla bifásica, no tiene un punto de fusión definido como un compuesto puro, ni un punto de máxima solubilidad.
• Afirmación: Puede existir austenita a temperatura ambiente.
  Respuesta: Verdadero. Se puede conseguir agregando elementos de aleación gammágenos (como el níquel o el manganeso), que estabilizan la fase gamma y disminuyen la temperatura de transformación. También se puede obtener como austenita retenida después de enfriamientos rápidos (temple) en aceros de alto carbono.
• Afirmación: A temperatura ambiente hay ferrita y Fe₃C en aceros hipoeutectoides.
  Respuesta: Verdadero. La microestructura consiste en ferrita proeutectoide y perlita (que a su vez está compuesta por ferrita y cementita, Fe₃C).