Silicio, porcentaje
6.3 Fundición con Grafito Vermicular
6.3.1 Propiedades de la Fundición con Grafito Vermicular
Como lo hemos mencionado, el grafito vermicular ocupa generalmente una posición intermediaria entre el grafito laminar y los hierros de grafito nodular, desde un punto de vista fisio - mecánico, tecnológico y de características operacionales. Pero, al mismo tiempo, éstos materiales poseen un diferente ventaja, ya que poseen las características deseables tanto del grafito laminar, como los hierros nodulares. Las características mecánicas de éstos hierros fundidos son determinadas directamente por la composición de la masa del metal y por el grado de compactibilidad del grafito (Tabla
6.3). El grafito vermicular se caracteriza por sus altos valores de esfuerzo a tensión (Rm), punto de cedencia (Ro.2) y altos valores del radio Ro.2
/Rm.
Para valores comparables de esfuerzo a tensión, el grafito vermicular posee una dureza menor que el grafito laminar (Rm/HB > 2.0), lo que asegura una buena práctica. La principal característica del grafito vermicular es su tenacidad, por ejemplo, su resistencia a condiciones de choque mecánico, lo que es claro por sus valores de elasticidad, y el producto de su esfuerzo por elongación (Rm x A). También podemos notar la alta resistencia a la fatiga y la baja sensibilidad a formar muesca, comparándolo con los grafitos nodulares.Tabla 6.3 Propiedades mecánicas de la fundición con grafito vermicular. [4]
Característica Ferrítico Ferrítico-Perlítico Perlítico
Fgv 280/Fgv 300 Fgv 315/Fgv 350 Fgv 385/Fgv 400
Esfuerzo a tensión, R.n 280/300 315/350 385/400
N/mm2, min.
Punto de cedencia, Ro 2 200/200 210/240 280/340
N!mmZ, min.
Relación, Ro.z/R.n 0.71/0.66 0.66/0.69 0.73/0.85
mm.
Elongación, A 3-10 1.0-5 1-2
%
Dureza, HB 120 140 180
mm.
Relación R../HB 2.5 2.5 2.3
Energía de Deformación KCU max. 20 max.15 max.10
J/cm2
Módulo de Elasticidad, E 120-140 140-160 160-170
kN/mm2
Resistencia a Compresión, R: 900 1000 1200
N/mm2, min.
Esfuerzo a Fatiga, R _, 1 170 180 190
N/mm2
Matriz max. 20% Perlita 20-85% Perlita arriba de 85% Perlita
Grafito vermicular,% 80 80 80
mm.
La matriz del metal juega un papel importante en el comportamiento bajo compresión. Para una masa del metal ferrítica, el comportamiento del grafito vermicular es intermediaria, mientras si incrementamos el contenido de perlita promovemos su incremento.
Las características físicas se encuentran generalmente, en valores intermediarios en comparación con otros hierros fundidos (Tabla 6.4). Desde éste punto de vista, es importante mencionar los altos valores de conductividad térmica, mayores que los que presenta un grafito o hierro no dular.
Tabla 6.4 Propiedades físicas para varias formas de grafito, en los hierros fundidos. [ 4]
Característica Grafito Grafito Grafito
Laminar Vermicular Nodular
Densidad, d 6.8-7.5 7.0-7.3 7.1-7.35
g/cm3
Coeficiente de Dilatación 10-10 11-14 8.0-12.5
Lineal, a, X 1
o-
6/°CConductividad Térmica, /... 50-70 35-55 25-40
W/m °K@ 100°K
Resistividad Eléctrica, p 50-11
o
70-80 40-75f.l0Cm
Permeabilidad Magnética, 250-1000 300-1500 300-2000
máxima, Gr/0.
Permeabilidad Magnética 10-14 7-10 5-7
Diferencial, dB/dH
Calor Específico, Cp 0.46-0.54 0.48-0.55 0.46-0.56
kJ/kg. °K
Difusividad Térmica 0.43-0.045 0.042-0.043 0.03
mzlh
Las propiedades de los vaciados se caracterizan por altos valores, ya que pertenecen al rango eutéctico (CE = 3.8-4.8%) y debido a las características del proceso de grafitización (Tabla 6.5). Para la misma composición química y régimen térmico, los hierros fundidos poseen valores de fluidez del mismo orden de magnitud. Para valores comparables de esfuerzos, el grafito vermicular tiene mayor fluidez que los hierros
fundidos de grafito laminar, mientras el grado de saturación en el carbono se reduce.
Existe evidencia que indica que las pérdidas de calor son menores, cuando se modifica, que para el hierro nodular; por lo tanto se podrá obtener mejor fluidez. La contracción lineal es afectada por la apariencia de la dilatación inicial, con valores variables, dependiendo de la cantidad de diversas formas de grafito.
Tabla 6.5 Propiedades de la fundición para varias formas de grafito, en los hierros fundidos. [4]
Característica Grafito Grafito Grafito
Laminar Vermicular Nodular
Fluidez, Fl 670-740 680-760 720-820
mm
Dilatación Inicial, Di 0.05-0.25 0.15-0.4 0.4-1.0
%
Contracción Lineal, 1.1-1.3 1.05-1.2 0.77-1.0
%
Volumen de Contracción, 1-3 1-5 4-10
%
Se han desarrollado pruebas para demostrar que la apariencia del grafito vermicular en el hierro gris, indica un aumento en la dilatación lineal y en la contracción volumétrica, pero se extiende menos que para un grafito nodular. Por ésta razón, las piezas fabricadas de grafito vermicular no tendrán que se ajustadas con mazarotas, así como en algunos casos del hierro nodular, y esto promueve un incremento en el coeficiente de remoción (de un 10 a 30%).
De hecho, la dilatación inicial promueve un incremento en el volumen de contracción, factor que influencia la sensibilidad para la formación de grietas en caliente, a causa del hecho que determina la reducción en el valor de contracción, durante la solidificación. Sabemos que la apariencia de grietas en caliente es causada por una serie de factores complejos, en los cuales la dilatación inicial juega un importante papel.
Otro fenómeno de gran interés es la sensibilidad a formar grietas en los hierros fundidos con varias formas de grafito durante el vaciado, con un carbón equivalente de CE = 4.1-4.42%. En las fundiciones con grafito vermicular o compacto, al existir un
incremento en la dilatación inicial, se promueve la reducción en la contracción durante la solidificación y por ende la formación de grietas en caliente.
Las propiedades tecnológicas que ofrece la fundición con grafito vermicular dentro de una clasificación de los hierros fundidos, se muestra en la siguiente tabla (Tabla 6.6).
Tabla 6.6 Propiedades tecnológicas para diferentes tipos de grafito, en los hierros fundidos. [ 4]
Caracteristica Grafito Grafito Grafito
Laminar Vermicular Nodular
Incremento en el Peso 3.0-4.5 0.8-2.0 0.5-1.0
al Oxidarse (700°C),
%
Resistencia Relativa 0.8-1.1 1.25-1.4 1.3-1.8
al Choque Térmico
Perdidas por Desgaste, 15-20 9-11 5-8
Estructura Ferrítica, g/cm2• h
Amortiguación de 13.2 X 10-4 4.0-7.0 X 10-4 2.5 X 10-4
Vibraciones
(Decremento Logarítmico) Resistencia Relativa a la Corrosión
- Pérdida de Peso 1.55 1.12 l. O
-Velocidad de Corrosión 1.46 1.11 l. O
Es fácil apreciar que las propiedades tecnológicas de la fundición con grafito vermicular se encuentran entre las fundiciones con grafito laminar y nodular. Por ésta razón la fundición con grafito vermicular, es una buena opción como material para las molduras. La fundición con grafito vermicular muestra un incremento en la resistencia a la corrosión, si es comparada con la fundición de grafito laminar. El fenómeno puede ser explicado por la compactabilidad, además que la cantidad de oxígeno es limitada. El comportamiento se muestra bajo un régimen térmico (300-600°C), y a altas temperaturas (arriba de 700°C). Bajo ambientes fuertemente oxidantes, la diferencia en el
El mecanismo del desarrollo de las grietas, en el caso del choque térmico, es directamente determinada por la compactabilidad de las separaciones del grafito; sin embargo el comportamiento del la fundición con grafito vermicular es tan cerca a la del grafito nodular. Conforme el régimen de la temperatura máxima del calentamiento- enfriamiento incrementa, se acentúa el comportamiento de la fundición con grafito laminar y la fundición con grafito vermicular en favor del grafito vermicular.
Para una matriz similar, la fundición con grafito vermicular muestra una disminución en las pérdidas debidas al desgaste, pero las áreas alrededor de las separaciones del grafito presentan deformación plástica en el caso de grandes cargas. Es importante mencionar que el la sensibilidad incrementada de las fundiciones con grafito vermicular a la formación de ferrita, determina un incremento en las pérdidas debido al desgaste, y que tenemos que recurrir a elementos de aleación o tratamiento térmico (normalizado) para incrementar la proporción de perlita y mejorar ésta propiedad.
La alta compactabilidad del grafito (distribuida en la forma de separaciones aisladas), su configuración espacial y la distancia reducida, comparada con la matriz, aseguran altos valores de estrechez. Por ésta razón éstos hierros fundidos, en especial el nodular y el vermicular, son usados para tuberías.
La capacidad de amortiguación de vibraciones, es obviamente mayor que la que se registra para los hierros nodulares, y tan cercana a los hierros fundidos grises.
El grafito también influencia al método de la matriz, en las propiedades de corrosión. La resistencia a la corrosión es directamente determinada por la configuración espacial del grafito. Se han desarrollado pruebas en un medio corrosivo con ácido sulfúrico (5% H2S04 ), se muestra que la fundición con grafito vermicular se comporta de forma similar a los hierros fundidos nodulares.
Es importante mencionar que la maquinabilidad de la fundición con grafito vermicular (con una estructura ferrítica), es mayor que para las fundiciones con grafito nodular.