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.

FUNCIÓN NODULAR

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.

Composición Química (porcentaje en peso)

C (total) Mn Si Cr Ni Mo Cu

3,6 - 3,8 0,15 - 1,00 1,8 - 2,8 0,03 - 0,07 0,05 - 0,20 0,01 -0,10 0,15 - 1,00

P S Ce Mg

0,03 max 0,002 max 0,005 - 0,20 0,03 - 0,06

El elemento que controla el tipo de matriz es el manganeso, si se pretende conseguir una

matriz ferritita de colada, el contenido de manganeso no debe superar el 0.2% y si se desea

obtener una matriz perlítica sin la utilización de tratamientos térmicos, el contenido de

manganeso debe alcanzar el 1% en peso.

Los tipos de fundiciones nodulares que fabricamos con mayor frecuencia se rigen por la

norma ASTM A536, la cual establece 5 grados de acuerdo a sus propiedades mecánicas.

GRADO DESCRIPCION USOS GENERALES

ASTM

A536

60-40-18Ferrita; puede ser recocida Piezas resistentes al impacto;

servicio

65-45-12 Mayoritariamente ferritica;

de colada o recocida

Servicios generales

80-55-06 Ferritica-Perlitica; puede

ser normalizada

Servicios generales

100-70-

03

Mayoritariamente Perlitica;

puede ser normalizada.

La mejor combinación de

resistencia al desgaste y

120-90- Martensitica; temple al

aceite y revenido

La más tenaz y resistente al

desgaste

El grafico presenta el esfuerzo ultimo de tensión y el límite de

fluencia de los5 grados de la norma ASTM A536. Valores en MPa

La fundición nodular tiene varios usos estructurales,

particularmente aquellos que requieren resistencia y tenacidad

combinados con buena maquinabilidad y bajo costo.

Entre las exclusivas propiedades de la fundición nodular se incluyen

la facilidad para realizar tratamientos térmicos, ya que el carbono libre de

la matriz se puede disolver a cualquier nivel para ajustar su dureza y

propiedades mecánicas. El carbono libre puede ser endurecido

selectivamente por temple a la llama, inducción, método láser o haz de

electrones. De este modo, un recosido de 3 horas a 650ºC puede otorgar

tenacidad a las bajas temperaturas. También se puede al realizar un

austemperado para obtener una fundición ADI, la cual posee un alto

límite de fluencia, gran resistencia a la fatiga, alta tenacidad y

excelente resistencia al desgaste.

La fundición nodular es menos densa que el acero y la diferencia

de peso entre ambos puede llegar al 10% en el mismo espesor

Por último, el contenido del grafito proporciona características

de lubricación en engranajes móviles debido a su bajo coeficiente de

fricción. Las cajas de engranajes pueden funcionar con mayor eficiencia si

están fabricadas con fundición nodular.

Se obtienen a partir del agregado de terceros elementos llamados

inoculantes (Mg o Ce) que generan artificialmente núcleos de precipitación

en la fundición en estado líquido y permiten que el C precipite como nódulos

y no como láminas.

Características y aplicaciones

•El C precipita en forma de nódulo.

•La microestructura de estas fundiciones suelen estar constituidas por esferoides

rodeados por aureolas de ferrita sobre una matriz de perlita.

•Se clasifican básicamente en dos clases: Ferrítico y Perlítico.

•Los inoculantes más efectivos son el Mg y el Ce.

•Posee mejor colabilidad y mayor fluidez que las demás aleaciones Fe-C,

pudiéndose fabricar piezas complicadas y difíciles.

•Tiene alta resistencia al desgaste que es de gran importancia para la fabricación

de elementos de máquinas y motores.

•Admite tratamientos térmicos posteriores.

•El grafito actúa como lubricante en la superficie de las piezas.

•Buena capacidad de amortiguamiento a las vibraciones.

•La presencia de grafito mejora la maquinabilidad.

•Los valores de alargamiento y resistencia son superiores a la de fundiciones

ordinarias.

•Generalmente son utilizadas para fabricar piezas que requieren esfuerzos

dinámicos como: ejes cigüeñales, discos de freno, etc.

Hierro nodular

En años recientes, los fabricantes y usuarios de las fundiciones de Hierro Nodular

han observado el uso potencial de este material, como resultado del amplio rango

de propiedades mecánicas que ofrecen. Desde su introducción comercial en 1948,

las fundiciones de Hierro Nodular han sido una alternativa en cuanto a costo de

fabricación con respecto a las Aleaciones con cierta ductilidad, las Fundiciones de

Acero, las Piezas Forjadas y otros tipos de materiales.

Las fundiciones de Hierro Nodular son empleadas en cada campo de la ingeniería y

en cada región geográfica del planeta se les conoce con diferentes nombres, por

ejemplo, Hierros Nodulares o Hierros Dúctiles; en este trabajo se hace referencia a

estas fundiciones como Hierros Nodulares.

Como se explicaba, los Hierros Nodulares se convirtieron en una realidad

industrial en 1948 y fueron producto de un tratamiento realizado en la fusión del

Hierro Gris, lo que causó que el grafito que estaba presente en forma de hojuelas

(Figura 7) se transformaran en forma de esferas o Nódulos (Figura 8). La forma

Nodular del grafito redujo el efecto de agrietamiento cuando el material es

sometido a cargas cíclicas, y por lo tanto, aumentó la resistencia a la fatiga, debido

a que las esferas actúan como arrestadores de grietas.

GRAFITO

Figura 8 Nódulos de grafito en un Hierro Nodular

En lo que respecta a la composición química, los Hierros Nodulares son similares al

Hierro Gris, aunque con adiciones especiales de Magnesio y Cerio para

provocar la sedimentación del Carbono en forma Nodular y dependiendo de la

estructura cristalina existen los siguientes tipos:

• Hierro Nodular Ferrítico

• Hierro Nodular Perlítico

• Hierro Nodular Perlítico-Ferrítico

• Hierro Nodular Martensítico

• Hierro Nodular Austenítico

• Hierro Nodular Austemperizado

Hierro Nodular Ferrít ico

Es una aleación en donde las esferas de grafito se encuentran incrustadas en una

matriz de ferrita; se le llama ferrita a una estructura básicamente compuesta por

Hierro puro, las propiedades más importantes de esta aleación son:

• Alta resistencia al impacto

• Moderada conductividad térmica

• Alta permeabilidad magnética

• En algunas ocasiones, buena resistencia a la corrosión

• Buena maquinabilidad

Hierro Nodular Perlít ico

En esta aleación las esferas de grafito se encuentran dentro de una matriz de

perlita; la perlita es un agregado fino de ferrita y cementita (carburo de hierro Fe3C),

sus propiedades son:

• Relativamente duro

• Alta resistencia

• Buena resistencia al desgaste

• Moderada resistencia al impacto

• Poca conductividad térmica

• Baja permeabilidad magnética

• Buena maquinabilidad

Hierro Nodular Perlít ico-Ferrít ico

En esta aleación, las esferas de grafito están mezcladas en una matriz de ferrita y

perlita. Esta es la más común de las aleaciones de Hierro Nodular y sus

propiedades se encuentran entre las propiedades de una estructura de Hierro

Nodular Ferrítico y Hierro Nodular Perlítico, tienen además:

• Buena maquinabilidad

• Menor costo de fabricación de las aleaciones de Hierro Nodular.

Hierro Nodular Martensít ico

Como producto de fundición, el Hierro Nodular Martensítico es una aleación dura y

frágil, por lo tanto, raramente utilizada. Sin embargo, después de un tratamiento

térmico de templado (Martensita Templada), la aleación tiene una alta resistencia

tanto mecánica como a la corrosión, además de una alta dureza la cual puede tener

un rango de 250 HB (Dureza Brinell) a 300 HB.

Hierro Nodular Austenít ico

Estos tipos de aleaciones son ampliamente utilizados por su buena resistencia

mecánica, así como por su resistencia tanto a la corrosión como a la oxidación,

poseen además, propiedades magnéticas y una alta estabilidad de la resistencia

mecánica y dimensionales a elevadas temperaturas.

A continuación, en la Tabla 1 se presentan los grados o tipos comerciales de

acuerdo a la American Standard of Testing Materials ASTM y las propiedades

mecánicas de los diversos tipos de Hierros Nodulares.

Una mención aparte es la referente al Hierro Nodular Austemperizado, el cual se

describe en el siguiente capítulo, debido a que es el material utilizado para el

desarrollo de esta investigación.