1. INTRODUCCIN.Las fundiciones o hierros fundidos, son bsicamente aleaciones de hierro y carbono. En relacin con el diagrama hierro-carburo de hierro, los hierros fundidos contienen ms cantidad de carbono que la necesaria para saturar austenita a la temperatura eutctica; por tanto, contienen entre 2% y 6,67% de carbono. Como el alto contenido de carbono tiende a hacer muy frgil al hierro fundido, la mayora de los tipos manufacturados comercialmente estn entre 2,5% a 4% de carbono [1]. Adems, pueden presentar otros elementos de adicin, como el silicio (Si) oscilando su presencia entre 0,5% y 3%. Las propiedades de estas aleaciones ferrosas, pueden ser alteradas por medio de tratamientos trmicos.Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, ms el eutctico ledeburita compuesto de austenita y cementita, el eutctico ternario de cementita, ferrita y esteadita y el carbono en forma de lminas o ndulos, conocido como grafito [2]. La cementita, es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, se disocia a dos componentes en ferrita y grafito [3]. La ledeburita se forma al enfriar la fundicin liquida de 4,3% C desde 1145. Est formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% C [2]. El diagrama de equilibrio hierro-carbono con grafito en lugar de la cementita como fase estable (Figura 1), presenta temperaturas eutctica y eutectoide prcticamente idnticas al diagrama de equilibrio hierro-carbono convencional, ubicndose las primeras en 1154 y 738 C respectivamente [3]. Adems, muestra como el grafito sustituye a la cementita de 6,7% C. La tendencia a la grafitizacin (formacin de grafito) se regula mediante la composicin y la velocidad de enfriamiento. La presencia de silicio al 1%, facilitan la grafitizacin, al igual que la velocidad ms lenta durante la solidificacin [3].

Figura 1. Diagrama Hierro-Carbono.El mejor mtodo para clasificar el hierro fundido es de acuerdo con su estructura metalogrfica. Las variables a considerar que dan lugar a los diferentes tipos de hierro fundido son el contenido de carbono, el contenido de aleacin o impurezas, la rapidez de enfriamiento durante o despus del congelamiento. Estas variables controlan la condicin del carbono y tambin su forma fsica. El carbono puede estar combinado en forma de carburo de hierro en la cementita, o existir como carbono sin combinar (o libre) en forma de grafito [1]. Los tipos ms comunes de fundiciones son: gris, nodular blanca y maleable.La fundicin Gris se forma cuando el carbono de la aleacin excede la cantidad que puede disolverse en la austenita y precipita en forma de hojuelas de grafito [2]. Los contenidos de carbono y de silicio varan entre 2,5 a 4,0 y 1,0 a 3,0%, respectivamente [3]. Estas aleaciones solidifican formando primero astenita primaria, la apariencia inicial de carbono combinado est en la cementita que resulta de la reaccin eutctica a 1146 C. El proceso de grafitizacin es ayudado por el alto contenido de carbono, la alta temperatura y la adecuada cantidad de elementos de grafitizacin, sobre todo el silicio [1]. La resistencia del hierro fundido gris depende casi por completo de la matriz en que este incrustado el grafito, la cual es determinada por la condicin de la cementita eutectoide. Si la composicin y rapidez de enfriamiento son tales que la cementita eutectoide tambin grafitiza, la matriz ser ferrtica; por otro lado, si la grafitizacin de la cementita se evita, la matriz ser perltica [1]. Mecnicamente las fundiciones grises son, a consecuencia de su microestructura, comparativamente frgiles y poco resistentes a la traccin; pues las lminas de grafito actan como puntos de concentracin de tensiones al aplicar un esfuerzo de traccin exterior [3]. La resistencia y la ductilidad a los esfuerzos de compresin son muy superiores [3]La fundicin nodular tambin llamado fundiciones de hierro dctil o de grafito esferoidal, se forma por adiciones de pequeas cantidades de magnesio y/o cerio a la fundicin gris en estado lquido, lo que produce diferentes microestructuras, en las que el grafito en lugar de escamas forma esferoides, que originan distintas propiedades [3]. Para producir este metal se requieren varios pasos como la desulfuracin, la nodulacin y la inoculacin [4]. La matriz que rodea a los esferoides de grafitos o ndulos es ferrita o perlita, dependiendo del tratamiento trmico; en la pieza solo moldeada es perlita, sin embargo un calentamiento a 700C durante varias horas la transforma en ferrita [3]. La fundicin nodular en comparacin con el hierro gris, tiene una excelente resistencia mecnica, ductilidad y tenacidad. Estas ltimas son superiores a las de los hierros maleables, pero dado el mayor contenido de silicio en la fundicin esferoidal, la tenacidad es inferior [4].La fundicin blanca son aleaciones hipoeutecticas con contenidos de carbono y silicio, alrededor de 2,5 a 3% de C y 0,5 a 1,5 % de Si [2]. A elevadas velocidades de enfriamiento, la mayora del carbono aparece como cementita en lugar de grafito [3], es decir, se forma al enfriar rpidamente la fundicin siguiendo el diagrama metaestable, la austenita solidifica en forma de dendritas. Las secciones gruesas pueden tener una sola capa superficial de fundicin blanca que se ha enfriado durante el moldeo, en el interior, donde la velocidad es inferior, se forma fundicin gris [3]. A consecuencia de la gran cantidad de fase cementita, la fundicin blanca es extremadamente dura y muy frgil, hasta el punto de ser inmecanizable [3].Un grupo de hierros fundidos blancos altamente aleados se utilizan por su dureza y resistencia al desgaste por abrasin o desgaste [4].La fundicin maleable se produce al tratar trmicamente la fundicin blanca no aleada del tres por ciento de carbono equivalente (2,5% C y 1,5% Si). Durante el tratamiento trmico de maleabilizacin, se descompone la cementita formada durante la solidificacin y se produces ndulos o agrupamientos de grafito. Los ndulos, o carbono de revenido, a menudo parecen palomitas de maz [4]. Se pueden obtener fundicin maleable ferrtica, si la pieza fundida se enfra lentamente a travs del rango de temperatura eutectoide para obtener una segunda etapa de grafitizacin, esta presenta buena tenacidad, debido a que su equivalente de carbono bajo reduce la temperatura de transicin por debajo de la temperatura ambiente [4]. Adems, puede originarse la fundicin maleable perltica, la cual se obtiene al enfriar la austenita al aire, o en aceite, para formar perlita o martensita. En cualquier caso, la matriz es dura y frgil. La fundicin es entonces revenida a una temperatura por debajo del eutectoide. Con ello se reviene la martensita o se esferoidiza la perlita. A temperaturas de revenido ms altas la resistencia disminuye, incrementndose la ductilidad y la tenacidad.2. OBJETIVOS.

2.1 Objetivo General. Establecer y reproducir la microscopia de fundiciones de hierro como mtodo experimental para la apreciacin y diferenciacin de los microconstituyentes que las conforman, as como para la identificacin del tipo de fundicin al cual pertenecen.

2.2 Objetivos Especficos. Distinguir la presencia de los microconstituyentes, a partir del anlisis de la presencia de carbono total y libre en cada una de las muestras a estudiar. Deducir la presencia de los microconstituyentes, a partir del anlisis visual realizado sobre las muestras, cuya presencia de carbono total y libre es desconocido. Especificar el tipo de fundicin presente en las muestras a partir del anlisis de la presencia de carbono total y libre, as como por medio de un reconocimiento visual de las mismas sin el conocimiento de la presencia de carbono en las muestras. Reconocer las caractersticas de las fundiciones de hierro a partir del tipo de fundicin a la cual pertenezcan. 3. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS.3.1 Lista de Materiales. 5 muestras metalogrficas (10, 56, 23, 55, 37), de distintas fundiciones de hierro, cuyo porcentaje de carbono total y libre es conocido. 2 muestras metalogrficas (58 y 28), cuyo porcentaje de carbono total y libre es desconocido.

3.2 Equipos. Microscopio Optico. Marca: UNION. Modelo: MC 86267. Capacidad: (50-1000x). Televisor. Marca: TOSHIBA. Capacidad y apreciacin no aplica. Computador tipo PC. Procesador Intel.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

4.1 Actividad N1. Muestras de distintas fundiciones de hierro previamente preparadas.

4.1.1. En cada muestra identificar la microestructura y el tipo de fundicin conociendo el porcentaje de carbono total (%Ctotal) y el porcentaje de carbono libre (%Clibre) Escoger las piezas a las cuales se les quiere realizar el estudio. Calibrar el microscopio a un mismo aumento, en este caso de 400x. Colocar una a una cada uno de las muestras sobre el microscopio. Construir una tabla con los valores aportados por el profesor sobre el porcentaje de carbono total y carbono libre de cada una de las muestras. Realizar una discusin grupal sobre las observaciones denotadas en las imgenes con aumento. Determinar el tipo de fundicin, as como los microconstituyentes que tengan presencia en cada una de las muestras, en base a lo observado en la imagen y los valores de carbono previamente entregados.

4.2 Actividad N2. Muestras cuya composicin qumica se desconoce.

4.2.1 Identificar el tipo de fundicin y la microestructura en cada muestra, a partir de lo observado en el microscopio. Tomar las muestras a evaluar previamente seleccionadas, proceder a colocarlas sobre el microscopia una a una. Calibrar el microscopio a un mismo aumento preferiblemente 400x. Realizar las observaciones pertinentes sobre lo visto en las imgenes proyectadas por el microscopio, tomar nota de lo observado. Comparar lo observado con imgenes preestablecidas de cada tipo de fundicin, con el fin de determinar el tipo de fundicin que presenta la muestra en estudio. Concluir sobre el tipo de fundicin, y predecir los microconstituyentes que la conforman. 5. RESULTADOS OBTENIDOS.

5.1 Actividad N1. Muestras de distintas fundiciones de hierro previamente preparadas.

Una vez llevado a cabo el anlisis las imgenes recolectadas de cada una de las muestras a un aumento generalizado de 400x, y en correlacin con los datos aportados del porcentaje de carbono total y libre, se pudo construir una tabla, la cual se muestra a continuacin:

Tabla 1. Porcentaje de carbono total y libre presente en cada una de las muestras.Muestra%C Total% C libreImgenes Observaciones

10

3,4

2,36

Figura 2. Muestra 10Presenta 3% de Si, laminas o hojuelas gruesas, las cuales algunas de ellas se pueden apreciar enmarcadas dentro de las elipses amarillas. Base de color clara. La aparicin de esas lminas gruesas indica fundicin gris.

56

4,54

0

Figura 3. Muestra 56No presenta % C libre por lo que se es de fcil notoriedad que es fundicin blanca. Presenta manchas negras las cuales algunas estn enmarcadas en curvas rojas. Dichas manchas son de relativa delgadez.

23

3,5

3,5

Figura 4. Muestra 23 Presenta grafito laminar, el cual se puede presenciar dentro del circulo verde, adems se aprecian rosetas de grafito de gran tamao encerrada en las contornos rojos, dichas rosetas son caractersticas de fundiciones maleables por ende esa es su naturaleza.

55

3,69

0

Figura 5. Muestra 55.Las manchas negras, algunas encerradas dentro de los crculos verdes, indican el carcter hipoeutectico. Adems, al no presentar carbono libre es evidente su naturaleza de fundicin blanca.

37

3,7

2,93

Figura 6. Muestra 37Presenta 0,1 % de Ce (Cerio) como elemento grafitizante, por lo tanto es una fundicin nodular, adems de esto lo caracterstico de sus manchas con forma de ojo de buey, algunas encerradas en crculos amarillos. Presenta un fondo o base rayado

5.2 Actividad N2. Muestras cuya composicin qumica se desconoce.Una vez obtenidas las imgenes de las muestras requeridas, se realizaron observaciones en base a las caractersticas que estas posean y se construy una tabla, la cual se muestra a continuacin:

Tabla 2. Muestras cuya composicin qumica se desconoce.MuestraImagenObservacionesFundicin

58

Figura 7. Muestra 58.Se denota la presencia de perlita, formando una especie de patrn en forma del pelaje de un leopardo de pequeos manchas redondas, adems presenta una base o fondo de color claro indicando la presencia de cementita en la misma. Adems, la no presencia de grafito conjugado con la cantidad y tamao de las manchas antes mencionadas indica el carcter Hipereutectico de la fundicin. Los grandes claros observados indican adems la agrupacin de cementita (encerrado en amarillo). Por otro lado el carcter irregular de las manchas sugiere la presencia de ledeburita transformada. Por la similitud que tiene esta con la imagen de la muestra 56, la cual es de ya comprobada fundicin, se puede decir que esta muestra es una Fundicin Blanca

38

Figura 8. Muestra 38.La presencia de grandes Nodulos de grafito, los cuales son de un tamao relativamente extenso lo que podra ser producto del tipo y/o cantidad de elemento grafitizante aplicado sobre la pieza, adems la forma rayada o de contraste de colores en la base indican que se est en presencia de una base ferritica-perlitica.La presencia de ndulos, sugiere que es una Fundicin Nodular.

6. ANLISIS DE RESULTADOS.

6.1 Actividad N1. Muestras de distintas fundiciones de hierro previamente preparadas. Una vez estudiadas por medio del microscopio todas las muestras dispuestas para realizarles la evaluacin visual, y cuyo porcentaje de carbono total y libre es conocido, se pudieron realizar algunas observaciones acerca del tipo de fundicin de la cual fueron derivadas, as como de sus microconstituyentes caractersticos. Dentro de las observaciones que tuvieron mayor incidencia, destacan las denotadas en la muestra 10, donde se apreciaron pequeas lminas o hojuelas de grafito, esto permiti deducir que la muestra corresponda a una fundicin gris, lo cual fue comprobado al conocer que presentaba un aleante como lo es el silicio a un valor porcentual relativamente alto (3%), adems la base de color clara corresponde a una matriz ferrtica, permitiendo inferir que la composicin y rapidez de enfriamiento fueron tales que la cementita eutectoide tambin grafitiz, originando una fundicin gris de perlita sobre matriz ferrtica. Por otra parte, otro aspecto que resalto fue la importancia del conocimiento del porcentaje de carbono libre, debido a que si este es cero, rpidamente se puede concluir que se est en presencia de una fundicin blanca, dicho caso se observ en las muestras 56 y 55, en el caso de la muestra 56 se aprecia debido al color blanco de su base y a las manchas negras que estn sobre esta, que se est en presencia de una fundicin blanca de perlita sobre cementita, adems por el gran nmero de las manchas, as como por el tamao y disposicin de ellas, formando una especie de pelaje de leopardo se puede inferir que se trata de una fundicin blanca hipereutectica, dicha suposicin es confirmada al visualizar su porcentaje de carbono total (4,54%), lo irregular de su disposicin puede deberse a la presencia de ledeburita transformada. En el caso de la muestra 55, a pesar de tambin representar una fundicin blanca, los patrones y tamaos de sus manchas son distintos, presentando manchas ms grandes, pudo reconocerse que se trata de una fundicin blanca hipoeutectica, adems de presentar un porcentaje de carbono libre relativamente bajo (3,69%), al igual que la muestra anterior representaba perlita sobre cementita.Se observ adems, como la presencia de rosetas en forma de palomitas de maz, delata que se trata de una fundicin maleable, tal es el caso de la muestra 23, donde es ampliamente apreciable la presencia de dichas rosetas, adems de grafito lamina. En el caso de la muestra 37, al conocer que presenta un elemento grafitizante como el cerio (0,1%), permite deducir que se trata de una fundicin nodular, adems al analizar la imagen de dicha muestra se observa claramente unos ndulos de grafito caractersticos de esta fundicin, la forma reyada de su base y con contraste de colores, se debe a que se trata de una matriz ferrtica-perltica.6.2 Actividad N2. Muestras cuya composicin qumica se desconoce.Al efectuar el estudio de las imgenes de las muestras cuyo porcentaje de carbono total y libre es desconocido, se lograron inferir algunas acotaciones u observaciones, las cuales, cabe destacar no se pueden tomar como totalmente verdaderas debido a que el conocimiento de los porcentajes de carbono representa una herramienta de especial importancia al momento de deducir el tipo de fundicin y los microconstituyentes. Entre esas observaciones destacan las denotadas en la muestra 58, donde debido a la ausencia de grafito, la presencia de perlita en forma de manchas sobre una base de cementita que en algunas zonas presenta agrupaciones en forma de claros, aunado al patrn en forma de pelaje de leopardo que esta presenta en sus manchas, permite inferir que se trata de una fundicin blanca, y al ser comparadas con muestras como las 55 y 56 ambas del mismo tipo de fundicin, y a las cuales se les conoce el porcentaje de carbn, se puede notar como esta guarda especial similitud con la muestra 56, para la cual previamente se estableci se carcter hipereutectico, permite deducir que la muestra 58 presenta esa misma caracterstica indicando que se trata de una fundicin blanca hipereutectica. En el caso de la segunda muestra de estudio para esta actividad, muestra 38, se demarca la presencia de ndulos o esferoides de grafito de tamao relativamente extenso, podran denotar la presencia de una fundicin nodular, adems el tamao agrandado de dichos ndulos puede deberse al elemento grafitizante empleado bien sea cerio y/o magnesio, as como la cantidad de estos aplicados, ya que son estos factores los nicos que pueden alterar el grafito en una fundicin nodular.7. CONCLUSIONES El conocimiento de los porcentajes de carbono total y libre presentes en una pieza, representa una herramienta elemental para la deduccin y distincin de los tipos de fundiciones de las cuales puede proceder. Especficamente en el caso de las fundiciones blancas, donde la ausencia total de carbono libre indicara la presencia de ese tipo de fundicin, en el caso de las fundiciones grises presentan un porcentaje caracterstico de carbono, entre 2,5 y 4%, sin embargo no es factor suficiente para inferir su presencia. El conocimiento de la presencia o porcentaje de otros aleantes es un factor elemental para adjudicar un tipo de fundicin a una muestra, tal es el caso de las fundiciones grises donde la presencia del silicio oscilante entre 1 y 3% delata rpidamente la presencia de la misma. Para los casos de fundicin maleable y nodular no es factor suficiente el conocimiento de carbono, para diferenciar su presencia. El carcter o clasificacin que se le pueda adjudicar a una fundicin blanca, bien sea hipoeutectica, eutctica o hipereutectica, depender esencialmente del conocimiento del carbono total presentes en las mismas, para porcentajes mayores a 4,30 ser hipereuctectica, e inferiores a ese digito representara hipoeutectica. Cabe destacar que mientras ms cercano se encuentre del punto eutctico (4,30), mas opaco se tornara el color de la perlita en el caso de las hipereutecticas. El anlisis visual de las microestructuras de las muestras, representa la herramienta ms til para la identificacin del tipo de fundicin, as como de los microconstituyentes presentes. En casos como el de la fundicin nodular es esencial esta herramienta, debido a que solo de esta forma se pueden denotar las esferoides de grafito en las muestras, caracterstica fundamental de este tipo de fundicin. En el caso de las fundiciones maleables, esta herramienta permite visualizar las rosetas de grafito en forma de dendritas, caracterstica de esta fundicin. Para funciones como la gris, permite la visualizacin de las lminas o hojuelas de grafito. En cuanto a los microconstituyentes permite deducir el tipo de matriz sobre la cual se presenta una fundicin, en base al color de la base sobre las cuales se presente el grafito, la perlita o la perlita segn sea el caso, si la base es de color claro significa matriz de cementita en el caso de las fundiciones blancas, el color marrn o rojizo claro en fundiciones grises indica una matriz ferritica, en el caso de las nodulares es muy comn encontrar una matriz ferritica perltica. La aplicacin de tratamientos trmicos, tienen una especial importancia en la transformacin y obtencin de fundiciones, tal es el caso de las fundiciones maleable y nodular las cuales fueron producto de la aplicacin de estos tratamientos sobre fundiciones blancas y grises respectivamente. En el caso de la nodular precisa la aplicacin de uno o varios elementos grafitizantes que cambiaran las lminas de grafito a esferoides. Los elementos grafitizantes presentes en las fundiciones nodulares, afectaran la cantidad de grafito que se puede conformar luego de una serie de pasos, por esto la microestructura variara dependiendo de los elementos aplicados, as como la cantidad de los mismos, por ende las propiedades de este tipo de fundicin no son constantes, sin embargo en comparacin con el hierro gris, tiene una excelente resistencia mecnica, ductilidad y tenacidad. Adems el silicio tambin sufre una transformacin esferoidal, lo que reduce su tenacidad. La microscopia de fundiciones se presenta como una herramienta til, pero de relativa exactitud, es esencial tener conocimiento de los componentes aplicados sobre la fundicin as como el porcentaje de los mismos, para obtener resultados con un margen de exactitud ms amplio, sin embargo si quien realiza o utiliza dicha herramienta es un experto y estudioso de la materia podra arrojar resultados bastante cercanos a la realidad.

8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.[1] Sydney .H. Avner (1995) Introduccin a la Metalurgia Fsica Editorial Mac Graw-Hill. Ciudad de Mxico, Mxico, p. 420-430.[2] Militza J. Iriza Castro (2008), Manual de prcticas de Laboratorio de Materiales. Edicin Universidad de Carabobo. Carabobo, Venezuela. Captulo 7, pg. 1-7[3] William D. Callister Jr. (2002). Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Editorial Revert S.A. Barcelona, Espaa. p. 370-375.[4] Donald R. Askeland. (1998). Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Editorial International Thomson. Mxico, Mxico D.F. p. 349-355.