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El hierro fundido entró en nuestra vida hace muchos siglos y sigue siendo popular hasta nuestros días . Es ampliamente utilizado en muchas áreas. Sin embargo, para entender qué es el hierro fundido, es importante conocer sus propiedades y composición química, estructura y características de sus aleaciones, ventajas y desventajas de este material, así como su producción y esferas de aplicación.

La composición química del hierro fundido.

El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono, en la que el porcentaje de carbono no es inferior al 2, 14%, pero no superior al 4, 5%. El carbono es una parte del hierro fundido en forma de cementita o grafito. Si el porcentaje de contenido de carbono es inferior al 2, 14%, esta aleación se llama acero.

Se sabe que la aleación de hierro fundido se produjo por primera vez en China en el siglo VI. En Europa, el secreto de su producción llegó en el siglo XIV, y en Rusia su composición se llevó a la perfección solo en el siglo XVII. Por todo esto durante mucho tiempo, la fórmula de hierro fundido no ha cambiado.

El material de mayor calidad se produjo en la fundición de los hermanos Demidov ubicada en los Urales.

A lo largo de los siglos, no solo ha perdido su relevancia, sino que también ha adquirido una gama de aplicaciones aún más extensa.

Variedades de material

Existen tales tipos de fundición, como la extrema y la fundición . El primero se utiliza en la producción de acero en el camino del convertidor de oxígeno. El silicio y el manganeso en tal aleación están contenidos en una cantidad muy pequeña. El tipo de material de fundición es más ampliamente utilizado en la industria y la fabricación. Él, a su vez, se divide en los siguientes tipos:

  • Hierro fundido blanco - el carbono es carburo de hierro. Al mismo tiempo, un reflujo blanco se ve en su falla, de donde viene su nombre. En su forma pura, no se utiliza. Se utiliza en el proceso de producción de hierro dúctil.
  • La fundición gris se caracteriza por un brillo plateado en una fractura. Tiene una amplia gama de aplicaciones y está perfectamente maquinado con incisivos.
  • La aleación de alta resistencia se utiliza para aumentar las características de resistencia del material producido. Se produce a partir de hierro gris agregando impureza de magnesio a su masa.
  • El hierro dúctil es también un tipo de hierro gris. Su nombre sugiere que tiene una alta ductilidad, y sacarlo del hierro blanco por recocido.
  • La mitad posee propiedades especiales. Parte del carbono en su composición se encuentra en forma de grafito, el resto, en forma de cementita.

Características de la aleación

La principal característica del hierro fundido está oculta en el proceso de su fabricación. El hecho es que en diferentes tipos de esta aleación el punto de fusión alcanza los 1200ºС, mientras que en el acero es de 1500ºС. Este factor se ve afectado por un contenido de carbono demasiado alto. Los átomos de hierro y carbono entre ellos no tienen enlaces muy estrechos.

Cuando se produce la fundición, los átomos de carbono no pueden penetrar completamente en la red molecular del hierro, debido a que la aleación de hierro fundido se vuelve frágil. En este sentido, no se utiliza en la producción de piezas que se someterán constantemente a estrés.

Este material pertenece a la industria del acero y sus características son similares a las del acero. Los productos hechos de hierro y acero son ampliamente utilizados en la vida cotidiana, y están completamente justificados.

Si comparamos las características de estos metales, podemos sacar las siguientes conclusiones:

  1. El costo de los productos de acero es más alto que el costo del hierro fundido.
  2. Diferencias en el color: el hierro fundido es oscuro y mate, y el acero es claro y brillante.
  3. El acero es peor de fundir, pero, a diferencia del hierro fundido, es más fácil de forjar y soldar.
  4. El acero tiene mayor resistencia que la aleación de hierro fundido.
  5. El acero es más pesado en peso.
  6. Su contenido de carbono es inferior al del hierro fundido.

Fortalezas y debilidades

Este material, como cualquier otro, tiene sus fortalezas y debilidades.

Las ventajas del hierro fundido incluyen tales factores:

  • A veces, incluso se compara en características con el acero, porque ciertos tipos de él se distinguen por una mayor resistencia.
  • Durante mucho tiempo, mantiene la temperatura: cuando se calienta, el calor se distribuye uniformemente a lo largo y permanece sin cambios durante mucho tiempo.
  • Es un material respetuoso con el medio ambiente, debido a que se utiliza a menudo en la fabricación de platos, en los que los alimentos se preparan directamente.
  • No reacciona al ambiente ácido-base.
  • Es un material duradero.
  • Cuanto más tiempo se use un producto de este material, mejor será su calidad.
  • Este material es absolutamente inofensivo para el cuerpo humano.

Las desventajas incluyen los siguientes factores:

  • Puede oxidarse incluso si el agua se mantiene en ella por un corto tiempo.
  • Es un material muy caro, pero a pesar de esto, se justifica completamente. Calidad, practicidad y confiabilidad son las características principales de los productos hechos de esta aleación.
  • La fundición gris se caracteriza por su baja ductilidad.
  • El blanco es muy frágil y con mayor frecuencia va a la fundición.

Características y propiedades del hierro fundido.

Esta aleación de metal tiene las siguientes propiedades:

  1. Propiedades físicas: gravedad específica, contracción real, coeficiente de expansión lineal. Por ejemplo, el contenido de carbono en el hierro fundido afecta directamente a su peso.
  2. Propiedades térmicas. La conductividad térmica generalmente se calcula de acuerdo con la regla de desplazamiento. Para el estado sólido del metal, la capacidad de calor volumétrico es de 1 cal / cm3 * oC. Si el metal está en estado líquido, entonces es aproximadamente igual a 1.5 cal / cm3 * ° C.
  3. Propiedades mecánicas. Cabe destacar que estas propiedades se ven afectadas tanto por la propia base como por la forma y el tamaño del grafito. El hierro fundido gris con una base de perlita es el más duradero, y el ferrítico es el más dúctil. La forma lamelar del grafito se caracteriza por una disminución máxima de la resistencia, mientras que en la forma esférica esta disminución es mínima.
  4. Propiedades hidrodinámicas. La presencia de manganeso y azufre afecta la viscosidad del material. También tiende a aumentar cuando la temperatura de la aleación pasa el punto de inicio de la solidificación.
  5. Propiedades tecnológicas. Este metal se caracteriza por sus excelentes cualidades de fundición, así como por su resistencia al desgaste y la vibración.
  6. Propiedades quimicas A medida que disminuye el potencial del electrodo, los componentes estructurales de la aleación se organizan en el siguiente orden: cementita - fosfuro eutéctico - ferrita.

Las propiedades de la aleación también están influenciadas por impurezas especiales:

  • Agregar azufre reduce significativamente la fluidez y reduce la refractariedad.
  • El fósforo te permite hacer productos de varias formas, pero al mismo tiempo reduce su fuerza.
  • La adición de silicio reduce el punto de fusión del material y también mejora significativamente las propiedades de fundición. El contenido de silicio en varios porcentajes permite obtener aleaciones de diferentes colores: desde ferrítico hasta blanco puro.
  • La presencia de manganeso en la aleación aumenta significativamente la dureza y resistencia del material, pero al mismo tiempo se deterioran sus cualidades de fundición y tecnológicas.
  • Además de estas impurezas, la composición de la aleación también puede incluir otros componentes. En este caso, los materiales se llaman dopados. Más a menudo, el titanio, el aluminio, el cromo, el cobre y el níquel se mezclan con el hierro fundido.

La composición y estructura del metal.

El hierro fundido como material estructural está representado por una cavidad metálica con inclusiones de grafito. Sus principales componentes son perlita, ledeburit y grafito plástico. Curiosamente, en varios tipos de aleaciones, estos elementos están presentes en proporciones desiguales o pueden estar completamente ausentes.

Por su estructura, la aleación de hierro fundido se divide en los siguientes tipos:

  • Perlita
  • Ferrítico.
  • Ferrítico-perlítico.

En este caso, el grafito puede estar presente en él en una de las siguientes formas:

  1. Esférico: el grafito toma esta forma cuando se agrega magnesio. Por lo general, es peculiar a los productos de hierro fundido de alta resistencia.
  2. Plástico: el grafito se asemeja a la forma de los pétalos (es en esta forma que está presente en el hierro fundido ordinario). Este material se caracteriza por una alta ductilidad.
  3. Flake-like: esta forma se obtiene en el proceso de recocido de hierro blanco. El grafito floculante se encuentra en el hierro dúctil.
  4. Vermicular: el grafito en esta forma está presente en fundición gris. Fue diseñado específicamente para mejorar sus propiedades plásticas.

Tecnologia de fabricacion

Como es sabido, el hierro fundido se produce en altos hornos especiales. La principal materia prima para su producción es el mineral de hierro. El proceso tecnológico de fabricación consiste en la reducción de los óxidos de mineral de hierro y en el resultado de este otro material, el hierro fundido. Para su producción se utilizan combustibles como coque, termoantracita, gas natural.

Se requieren unos 550 kilogramos de coque y una tonelada de agua para producir una tonelada de arrabio. El volumen de mineral cargado en el horno dependerá de su contenido de hierro. Como regla general, se utiliza mineral, que contiene no menos de 70% de hierro. La cosa es que no es económicamente factible utilizar una concentración más baja.

La primera etapa de la producción de hierro es la fundición. El mineral se vierte en el alto horno y luego el carbón de coque, que es necesario para inyectar y mantener la temperatura requerida dentro del eje del horno. Durante la combustión, estos componentes toman parte activa en las reacciones químicas en curso como agentes reductores de hierro.

Mientras tanto, el flujo se sumerge en el horno, que actúa como un catalizador. Acelerando la fundición de rocas, por lo tanto apoya la liberación temprana de hierro. Es importante saber que antes de cargarse en el horno, el mineral se somete al procesamiento preliminar necesario. Se tritura en una planta trituradora, ya que las partículas más pequeñas se derriten más rápido. Luego se lava para eliminar las partículas no metálicas. A continuación, la materia prima se somete a cocción, como resultado de lo cual se extraen azufre y otros componentes extraños.

En la segunda etapa de producción, el gas natural se alimenta a través de un quemador especial a un horno que está lleno y listo para funcionar. El coque está involucrado en el calentamiento de materias primas. Hay una liberación de carbono que, combinándose con el oxígeno, forma un óxido. Él, a su vez, contribuye a la recuperación del hierro del mineral.

Con un aumento en el volumen de gas en el horno disminuye la velocidad de flujo de una reacción química. Puede detenerse por completo cuando se alcanza una cierta proporción de gas. El carbono penetra en la aleación y se combina con el hierro, formando así el hierro fundido. Los elementos sin fundir permanecen en la superficie y pronto se eliminan. Tal desperdicio se llama escoria. Se utiliza para la fabricación de otros materiales.

Alcance de uso

Este metal se utiliza en diversas industrias. Por ejemplo, es ampliamente utilizado en ingeniería mecánica para la producción de varias partes.

Muy a menudo, este material se utiliza en la producción de bloques para motores y cigüeñales. Para la fabricación de este último, se requiere una aleación mejorada con la adición de impurezas especiales de grafito. Este metal es resistente a la fricción, por lo que se producen pastillas de freno de alta calidad.

En condiciones climáticas adversas, la aleación de hierro fundido es insustituible, ya que permite que las piezas de la máquina hechas de ella funcionen sin problemas incluso a las temperaturas más bajas.

En la industria metalúrgica, también demostró ser excelente. Sus excelentes propiedades de fundición y su precio relativamente bajo son altamente apreciados. Sus productos se distinguen por su gran resistencia y resistencia al desgaste.

La aleación de hierro fundido está hecha de una gran variedad de productos sanitarios. Estas son baterías, lavabos, varios lavabos y tuberías. Baños de hierro fundido y radiadores son muy populares. Su vida útil es muy larga. En muchos apartamentos, estos productos todavía se utilizan hoy en día, ya que conservan su aspecto original durante mucho tiempo y rara vez necesitan restauración.

También es importante el hecho de que las excelentes propiedades de fundición del hierro fundido hacen posible que se realicen obras de arte completas, como puertas de hierro forjado a cielo abierto y todo tipo de monumentos arquitectónicos.

Es de destacar que el precio por 1 kilogramo de hierro fundido se debe a la cantidad de carbono en su composición, así como a la presencia de diversas impurezas y componentes de aleación. Precio por tonelada de hierro es de unos 8.000 rublos.

Hasta la fecha, no hay esfera donde se use este metal. Su fundición y aleaciones son la base de muchos componentes, mecanismos y piezas. Algunas veces se usa como un producto independiente, y hace frente a las funciones asignadas. Este compuesto que contiene hierro es único en su tipo. Sigue siendo indispensable hoy en día.

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