El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono con un contenido de carbono superior al 2,11 % (generalmente 2,4 %). Es una aleación multicomponente con hierro, carbono y silicio como componentes principales y contiene más impurezas como manganeso, azufre y fósforo que el acero al carbono. En ocasiones, para mejorar las propiedades mecánicas o físicas y químicas del hierro fundido, se puede añadir una determinada cantidad de elementos de aleación para obtener hierro fundido aleado.
Clasificación del hierro fundido:
I. Según las diferentes formas de carbono en el hierro fundido, el hierro fundido se puede dividir en
1. El carbono de la fundición blanca, a excepción de una pequeña cantidad disuelta en la ferrita, el resto del carbono existe en forma de cementita en la fundición, y su fractura es de color blanco plateado, por lo que se denomina fundición blanca. En la actualidad, la fundición blanca se utiliza principalmente como materia prima para la fabricación de acero y como pieza bruta para producir fundición maleable.
2. El carbono del hierro fundido gris existe en el hierro fundido en forma de grafito en escamas en todo o la mayor parte del hierro fundido, y su fractura es de color gris oscuro, por lo que se llama hierro fundido gris.
3. Parte del carbono en la fundición picada existe en forma de grafito, similar a la fundición gris; la otra parte existe en forma de cementita libre, similar a la fundición blanca. Hay picaduras blancas y negras en la fractura, por lo que se llama fundición picada. Este tipo de fundición también es muy dura y quebradiza, por lo que rara vez se utiliza en la industria.
2. Según las diferentes formas de grafito en el hierro fundido, el hierro fundido se puede dividir en
1. Hierro fundido gris El grafito presente en el hierro fundido existe en escamas.
2. Fundición maleable El grafito presente en la fundición existe en racimos. Se obtiene recociendo la fundición blanca de una determinada composición a alta temperatura durante un tiempo prolongado. Sus propiedades mecánicas (especialmente tenacidad y plasticidad) son superiores a las de la fundición gris, por lo que se la suele denominar fundición maleable.
3. Fundición dúctil El grafito presente en la fundición existe en forma esférica. Se obtiene tras un tratamiento de esferoidización antes de verter el hierro fundido. Este tipo de fundición no solo tiene propiedades mecánicas superiores a las de la fundición gris y la fundición maleable, y su proceso de producción es más sencillo que el de la fundición maleable, sino que también se puede mejorar aún más mediante un tratamiento térmico. Por ello, su aplicación en la producción es cada vez más extensa.
Usos de diversos hierros fundidos Hierro fundido blanco
El carbono presente en el hierro fundido blanco existe en su totalidad en forma de carbono infiltrado (Fe3c), por lo que la fractura es de color blanco brillante. Por lo tanto, se denomina hierro fundido blanco. Debido a la presencia de una gran cantidad de Fe3c duro y quebradizo, el hierro fundido blanco tiene una gran dureza, una gran fragilidad y es difícil de procesar. Por lo tanto, rara vez se utiliza directamente en aplicaciones industriales y solo se utiliza para unas pocas piezas que requieren resistencia al desgaste y no están sujetas a impactos, como matrices de trefilado, bolas de hierro para molinos de bolas, etc. La mayoría de ellas se utilizan como palanquillas para la fabricación de acero y fundición maleable.
Hierro fundido gris
La mayor parte o la totalidad del carbono en el hierro fundido existe en forma de grafito en escamas libres. La fractura es gris. Tiene un buen rendimiento de fundición, buena procesabilidad de corte, antifricción, buena resistencia al desgaste y sus ingredientes de fusión son simples, de bajo costo y ampliamente utilizados en la fabricación de fundiciones complejas y piezas resistentes al desgaste. El hierro fundido gris se divide en tres categorías según la estructura de la matriz: hierro fundido gris a base de ferrita, hierro fundido gris a base de perlita-ferrita y hierro fundido gris a base de perlita. Debido a que hay grafito en escamas en el hierro fundido gris, y el grafito es un componente con baja densidad, baja resistencia, baja dureza y plasticidad y tenacidad cercanas a cero. Su existencia es como una gran cantidad de pequeños huecos en la matriz de acero, lo que reduce el área de apoyo y aumenta la fuente de grietas. Por lo tanto, el hierro fundido gris tiene baja resistencia y poca tenacidad y no se puede procesar mediante presión. Para mejorar su rendimiento, se agrega una cierta cantidad de ferrosilicio, calcio de silicio y otros inoculantes al hierro fundido antes de verterlo para refinar la matriz de perlita.
Hierro fundido maleable
El hierro fundido en mazo está hecho de aleación de hierro-carbono con bajo contenido de carbono y silicio en piezas de fundición blanca y luego se somete a un tratamiento de recocido a alta temperatura a largo plazo para descomponer la cementita en grafito floculante. El hierro forjable es un hierro fundido blanco grafitizado. El hierro fundido maleable se divide en dos categorías según las diferentes microestructuras después del tratamiento térmico; una es hierro fundido maleable de corazón negro y hierro fundido maleable perlita. La estructura del hierro fundido maleable de corazón negro es principalmente matriz de ferrita (F) + grafito floculante; la estructura del hierro fundido maleable perlita es principalmente matriz de perlita (P) + grafito floculante. El otro es hierro fundido maleable de corazón blanco. La estructura del hierro fundido maleable de corazón blanco está determinada por el tamaño de la sección transversal. La sección transversal pequeña se basa en ferrita, y el área de superficie de la sección transversal grande es ferrita, y el núcleo es perlita y carbono de recocido. El grafito se vuelve fino y se distribuye uniformemente. El hierro fundido que ha sufrido este tratamiento de inoculación se denomina hierro fundido inoculado.
Fundición dúctil
Antes de verter el hierro fundido (hierro dúctil), se añade una cierta cantidad de agente esferoidizante (los más utilizados son ferrosilicio, magnesio, etc.) para esferoidizar el grafito en el hierro fundido. Dado que el carbono (grafito) existe en la matriz de hierro fundido en forma esférica, su efecto de corte sobre la matriz se mejora y la resistencia a la tracción, el límite elástico, la plasticidad y la tenacidad al impacto del hierro dúctil se mejoran enormemente. También tiene las ventajas de resistencia al desgaste, absorción de impactos, buen rendimiento del proceso y bajo costo. Ahora ha reemplazado ampliamente al hierro fundido maleable y algunas piezas de acero fundido y acero forjado, como cigüeñales, bielas, rodillos, ejes traseros de automóviles, etc.