Fundición gris con grafito superfino: elevada resistencia y baja dureza

Los ingenieros de diseño disponen actualmente de un gran abanico de aleaciones férreas a elegir que pueden satisfacer unos requerimientos físicos y mecánicos determinados. Entre ellas, el hierro gris sigue teniendo un papel preponderante debido a que continua siendo uno de los materiales más económicos para innumerables aplicaciones.

La gran fluidez y colabilidad que exhibe, la posibilidad de obtener formas complejas, su excelente maquinabilidad, la gran capacidad de absorción de vibraciones, su elevada resistencia al desgaste y a fatiga, la buena conductividad térmica y su posibilidad de utilización en estado bruto de colada hacen que esta aleación sea habitualmente seleccionada para aplicaciones tales como bloques motor, culatas, engranajes, volantes de inercia, discos y tambores de freno, platos de embrague, soportes y bancadas de máquina herramienta, tuberías, bridas, etc.

Proporcionar unas mejores características mecánicas a la Fundición Grafítica Laminar (FGL) tiene un gran interés desde el punto de vista industrial, puesto que cuando se requieren elevadas resistencias de tracción, los diseñadores optan por la fundición de grafito compacto e incluso nodular, económicamente más onerosas.

Las propiedades físicas y mecánicas de este tipo de aleaciones dependen de la longitud y distribución de las láminas de grafito, de la relación ferrita/perlita y de la finura de la perlita resultante. Habitualmente, el aumento de la resistencia a rotura de la FGL se obtiene disminuyendo el contenido de carbono o añadiendo elementos de aleación que endurecen la matriz, tales como Cu, Mn, Cr, Sn, Mo, Nb, etc. La composición química resultante se asocia a un incremento de la dureza y a un aumento de los fenómenos de contracción de la aleación, debido a una menor cantidad de grafito precipitado en ambos casos.

IK4-Azterlan ha patentado una FGL con contenidos moderados de Ti (0,3-0,4%) y muy bajo S (<0,010%), lo cual posibilita obtener resistencias correspondientes a bajos contenidos de C (cercanos a 3,0%) con porcentajes de C de 3,4%.

En general, la adición de Ti está limitada a 0,03% debido a que se trata de un elemento que forma compuestos complejos, frecuentemente relacionados con la reducción de la vida útil de la herramienta de mecanizado. Sin embargo, elevados contenidos de este elemento provocan una considerable reducción de la longitud de las láminas de grafito, incrementan los puntos de nucleación de la austenita y refinan los brazos secundarios de la austenita. Estos efectos favorecen una distribución homogénea de los compuestos de Ti, minimizándose al máximo el efecto nocivo de estos compuestos durante el mecanizado.

El S modifica la longitud y distribución del grafito, favoreciendo la distribución de grafito tipo A, ya que los sulfuros que forma actúan como gérmenes de nucleación de grafito. Al reducir el contenido de este elemento a niveles muy bajos, se favorece la precipitación de grafito interdendrítico con distribución tipo D.

La combinación de contenidos moderados de Ti junto con bajos contenidos de S da lugar a una mayor cantidad de austenita primaria y a un grafito en forma de fibras, muy ramificado y considerablemente fino (10-20 µm), en lugar de la morfología de grafito corto y grueso típica de la distribución tipo D (ver figura), incluso a moderadas velocidades de enfriamiento (0,8-1,2°C/s). Por esta razón se ha procedido a denominarlo grafito superfino.

Esta estructura incrementa la resistencia hasta un 40%, manteniendo la dureza correspondiente a su CE (<215 HB), aunque se reduce ligeramente la conductividad térmica (aún así sigue siendo superior a la de la fundición de grafito compacto) en hierros grises poco aleados con contenidos medios de CE (cercanos a 4,0%) . El mecanizado de esta nueva aleación no exhibe ningún comportamiento anómalo o un mayor desgaste de la herramienta comparado con un hierro gris de similar resistencia.

Este material tiene un gran potencial, ya que puede absorber parte del mercado de la fundición de grafito compacto e incluso de la nodular, cuando no se precisa de ductilidad, y además minimiza los defectos de contracción de las piezas de hierro gris de alta resistencia.