MATERIALES PARA FUNDICIÓN EN EL DISEÑO 

Hierro fundido gris 

De todos los materiales fundidos, el hierro fundido gris es el que más se utiliza, debido a su costo muy bajo, que se puede fundir con facilidad en grandes cantidades y porque es fácil de maquinar. Las principales objeciones al uso del hierro fundido gris son su fragilidad y debilidad en tensión. Además de un contenido de carbono alto (más del 1.7 por ciento y por lo general mayor que 2 por ciento), el hierro fundido gris también presenta un alto contenido de silicio, con bajos porcentajes de azufre, manganeso y fósforo. La aleación resultante se compone de perlita, ferrita y grafito, y bajo ciertas condiciones la perlita puede descomponer - se en grafito y ferrita. Entonces, el producto resultante sólo contiene ferrita y grafito. El grafito, en la forma de hojuelas delgadas distribuido de manera uniforme por toda la estructura, lo oscurece; de aquí el nombre de hierro fundido gris. 

El hierro fundido gris no se suelda con facilidad, porque puede agrietarse, pero esta tendencia se reduce si la parte se precalienta con cuidado. Aunque las fundiciones suelen utilizarse en la condición en que sale de fundición, un recocido ligero reduce los esfuerzos inducidos por el enfriamiento y mejora la maquinabilidad. La resistencia a la tensión del hierro fundido gris varía de 100 a 400 MPa (15 a 60 kpsi) y las resistencias a la compresión son de 3 a 4 veces las resistencias a la tensión. El módulo de elasticidad varía ampliamente, ya que sus valores se extienden desde 75 hasta 150 GPa (11 a 22 Mpsi).

Hierro fundido dúctil y nodular 

Debido al largo tratamiento térmico que se requiere para producir una fundición maleable, desde hace tiempo se ha deseado una fundición que combine las propiedades dúctiles del hierro maleable, con la facilidad de fundición y de maquinado de la fundición gris, pero que al mismo tiempo posea estas propiedades en las condiciones en que sale de fundición. Un proceso para producir tal material mediante un material que contiene magnesio parece satisfacer estos requerimientos. 

El hierro fundido dúctil o nodular, como algunas veces se llama, es en esencia igual al hierro fundido maleable, porque ambos contienen grafito en forma de esferoides. Sin embargo, la fundición dúctil en la condición en que sale de la fundición presenta propiedades muy parecidas a las del hierro fundido maleable, y si se le da un recocido simple de una hora y luego experimenta un enfriamiento lento, muestra aún más ductilidad que el producto maleable. 

El hierro dúctil se hace agregando MgFeSi a la fusión; como el magnesio hierve a esta temperatura, es necesario alearlo con otros elementos antes de agregarlo. El hierro dúctil tiene un módulo de elasticidad alto (172 GPa o 25 Mpsi) en comparación con el hierro fundido gris y es elástico, pues una parte de la curva esfuerzo-deformación unitaria es una línea recta. Por otra parte, el hierro fundido gris no obedece la ley de Hooke, porque el módulo de elasticidad disminuye de manera constante con el incremento del esfuerzo. Sin embargo, igual que el hierro fundido gris, la fundición nodular tiene una resistencia a la compresión mayor que su resistencia a la tensión, aunque la diferencia no es tan grande. En 40 años su uso se ha extendido de manera considerable.

Hierro fundido blanco 

Si en la fundición todo el carbono está en forma de cementita y perlita, sin presencia de grafito, la estructura resultante es blanca y se conoce como hierro fundido blanco, que se produce de dos formas. La composición se ajusta manteniendo bajo el contenido de carbono y silicio, o la composición de la fundición gris se cuela en presencia de enfriadores con objeto de promover un enfriamiento rápido. Con cualquier método se produce una fundición con grandes cantidades de cementita, como resultado de lo cual el producto es muy frágil y difícil de maquinar, pero también muy resistente al desgaste. A menudo se emplea un enfriador en la producción de fundiciones grises con objeto de proporcionar una superficie muy dura dentro de un área particular de la fundición, mientras que al mismo tiempo se retiene la estructura gris más deseable dentro de la parte restante. Este procedimiento produce una fundición relativamente tenaz con un área resistente al desgaste.

Hierro fundido maleable 

Si el hierro fundido blanco con una cierta composición se recuece, se forma un producto al que se llama hierro fundido maleable. El proceso de recocido libera al carbono, de manera que está presente como grafito, igual que la fundición gris, pero en una forma diferente. En el hierro fundido gris el grafito tiene forma de hojuela delgada, mientras que en el maleable su forma es nodular y se conoce como carbono de temple. Una fundición maleable de buen grado muestra una resistencia a la tensión de más de 350 MPa (50 kpsi), con una elongación de hasta 18 por ciento. Por otro lado, el porcentaje de elongación de un hierro fundido gris rara vez excede 1 por ciento. Debido al tiempo que se requiere para el recocido (hasta 6 días en el caso de fundiciones grandes y pesadas), el hierro maleable necesariamente es más costoso que el hierro fundido gris.

Hierros fundidos aleados 

El níquel, el cromo y el molibdeno son los elementos de aleación más comunes que se usan en el hierro fundido. El níquel es un elemento de aleación de propósito general, que por lo común se agrega en cantidades de hasta 5 por ciento, pues mejora la resistencia, la densidad, las cualidades de desgaste y aumenta la maquinabilidad. Si el contenido de níquel se incrementa entre 10 y 18 por ciento, se genera una estructura austenítica con propiedades valuables de resistencia al calor y a la corrosión. El cromo proporciona más dureza y resistencia al desgaste y, cuando se emplea con un enfriador, la tendencia a formar hierro fundido blanco es mayor. Si se agrega cromo y níquel se mejoran la dureza y la resistencia sin que se produzca una reducción en la clasificación de maquinabilidad. El molibdeno que se agrega en cantidades de hasta 1.25 por ciento aumenta la rigidez, dureza, resistencia a la tensión y resistencia al impacto, por lo que es un elemento de aleación muy usado. 

Aceros fundidos 

La ventaja del proceso de fundición consiste en que las partes con formas complejas se fabrican a un costo menor que con otros medios, por ejemplo la soldadura. De esta manera, la elección de fundiciones de acero es lógica cuando la parte es compleja y debe mostrar una alta resistencia. Las temperaturas de fusión elevadas para los aceros agravan los problemas de fundición y requieren mucha atención a detalles, como el diseño del núcleo, de los espesores de la sección, de los chaflanes y el progreso del enfriamiento. El mismo elemento de aleación empleado para los aceros forjados se usa en los aceros fundidos para mejorar la resistencia y otras propiedades mecánicas. Las partes de acero fundido se tratan térmicamente para modificar las propiedades mecánicas, y al contrario de lo que pasa en los hierros fundidos, pueden soldarse.