Metalografía hierro nodular

Metalografía Guía de Hierro Nodular
1. Introducción
El hierro nodular también conocido como hierro dúctil o hierro de grafito esferoidal es un hierro fundido en el cual el grafito se presenta de pequeñas esferas (nódulos) (figura 1). El hierro dúctil es mucho más fuerte y tiene una mayor elongación que el hierro gris o hierro maleable (ASM, 1993).

Figura 1. Ejemplos de microestructurasde hierro nodular (Radzikowska, 2004)
Los nódulos se desarrollan cuando se adicionan elementos al hierro fundido. Estos elementos pueden ser magnesio (más común), cerio, litio, sodio, entre otros (Pattan, D., & S., 2011). Un análisis químico común de un hierro nodular es diferente al hierro gris se muestra en la tabla 1. La diferente composición y química y preparación del hierro nodular,permite tener una variabilidad de las propiedades mecánicas.
Tabla 1. Composición química típica de hierro gris y hierro nodular (ASM, 1993).
Tipo | Composición química % |
| CT(a) | Mn | Si | Cr | Ni | Mo | Cu | P | S | Ce | Mg |
Hierro Gris | 3.25-3.50 | 0.50-0.90 | 1.80-2.30 | 0.05-0.45 | 0.05-0.20 | 0.05-0.10 | 0.15-0.40 | 0.12 máx. | 0.15 máx. | … | … |
Hierro Dúctil | 3.60-3.8 |0.15-1.00 | 1.80-2.80 | 0.03-0.07 | 0.05-0.20 | 0.01-0.10 | 0.15-1.00 | 0.03 máx. | 0.002 máx. | 0.005-0.20(b) | 0.03-0.06 |
(a) Carbón total (b) opcional
2. Propiedades mecánicas
Dentro de la categoría de hierro nodular, se encuentran diferentes grados de hierro, los cuáles difieren de sus propiedades y en algunas ocasiones en la matriz (ferrítica o perlítica). De acuerdo a la ASTM laclasificación de los hierros dúctiles se realiza de acuerdo a sus propiedades mecánicas. Es por esto, que hay cinco diferentes tipos de hierro nodular, los cuales se muestran en la tabla 2 (ASTM, 2009) .
Tabla 2. Propiedades mecánicas y estructura de los diferentes tipos de hierro nodular.
Grado o clase | Resistencia a la tracción min.(psi) | Límite elástico min.(psi) | Elongación min. (%) | Dureza HBW(a) | Estructura (a) |
| | | | | |
60-40-18 | 60,000 | 40,000 | 18 | 170 máx. | Ferrita |
65-45-12 | 65,000 | 45,000 | 12 | 156-217 | Ferrita + perlita |
80-55-06 | 80,000 | 55,000 | 6 | 187-255 | Ferrita-perlita |
100-70-03 | 100,000 | 70,000 | 3 | 241-302 | Perlita |
120-90-02 | 120,000 | 90,000 | 2 | … | Perlita |
(a) Especificación de acuerdo a la Society of AutomotiveEngineers (SAE) (SAE, 2004).

Como se puede observar en la tabla anterior, el grado del hierro dúctil se especifica de acuerdo a sus propiedades mecánicas, y siempre en ese orden, es decir, un hierro de gafito esferoidal 60-45-12 se refiere a un hierro nodular con 60 ksi de resistencia a la tensión, 45 ksi de límite elásticos y 12 % mínimo de elongación.
La matriz depende ampliamente del grado delmaterial, puede ser mayormente perlítica, ferrítica o una combinación de ambos, la figura 2 muestra dos metalografías de hierro nodular con diferentes microestructuras.

(a) (b)
Figura 2. Microestructuras de hierro nodular (a) ferrítico y (b) perlítico. Con ataque de nital al 2%. Aumento de 100x (ASM, 1993).
Los diferentes tipos de hierros dúctiles permiten que el campo de aplicación deestos sea amplio.

3. Aplicaciones
El hierro nodular es usado para diversas aplicaciones estructurales, particularmente en aquellas que requieren fuerza y tenacidad combinadas con buena maquinabilidad y bajo costo. Las industrias de agricultura y automotriz son los principales usuarios del hierro dúctil.
Dadas sus ventajas económicas y alta confiabilidad, es usado como partes críticas de losautomóviles tales como cigüeñales, calipers de frenos de disco, partes complejas como los steering knuckle, partes del sistema de suspensión, yoke de la transmisión, en aplicaciones de alta temperatura como los múltiples de escape y admisión, y válvulas de seguridad en los automóviles (figura 3).

(a) (b)
(c) (d)
Figura 3. Partes automotrices de hierro nodular (a) cigüeñal, (b) múltiple...