Fundición Nodular propiedades
Composición química
Sección titulada «Composición química»El contenido de carbono en la fundición nodular se sitúa típicamente entre 3.0 % y 4.1 %.
| Elemento | Mínimo (% masa) | Máximo (% masa) | Observaciones |
|---|---|---|---|
| Carbono (C) | 3.0 | 4.1 | Forma nódulos de grafito; en composiciones ferríticas 3.0‑3.7 % |
| Silicio (Si) | 1.2 | 2.8 | Favorece la grafitización; en grados ferríticos 2.2‑2.8 % |
| Manganeso (Mn) | 0.03 | 0.8 | Controla la estructura perlítica; ≤0.2 % en aplicaciones dúctiles |
| Fósforo (P) | ≤0.005 | <0.1 | Mantenido bajo para evitar fragilidad |
| Azufre (S) | ≤0.005 | <0.03 | Se reduce mediante tratamiento con magnesio |
| Magnesio (Mg) | 0.03 | 0.07 | Elemento nodulizante residual típico |
| Níquel (Ni) | 0 | 1.0 | Opcional para mejorar resistencia y templabilidad |
| Cobre (Cu) | 0 | <0.40 | Aumenta resistencia y dureza; disminuye ductilidad |
| Hierro (Fe) | Balance | Balance | Matriz metálica |
Los valores varían según el grado y el espesor de la pieza. La composición química exacta queda a discreción del fabricante, de acuerdo con la norma EN 1563.
Propiedades mecánicas a tracción, compresión y dureza
Sección titulada «Propiedades mecánicas a tracción, compresión y dureza»La resistencia a la tracción de la fundición nodular oscila entre 350 MPa (50.8 ksi) y 1000 MPa (145.0 ksi).
| Propiedad | Mínimo (SI) | Máximo (SI) | Unidad (SI) | Mínimo (Imperial) | Máximo (Imperial) | Unidad (Imperial) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Resistencia a tracción | 350 | 1000 | MPa | 50.8 | 145.0 | ksi |
| Límite elástico (Rp0.2) | 215 | 790 | MPa | 31.2 | 114.6 | ksi |
| Resistencia a compresión | 229 | 799 | MPa | 33.2 | 115.9 | ksi |
| Alargamiento (A) | 2 | 29 | % | 2 | 29 | % |
| Dureza (aprox. Brinell) | 115 HB | 326 HB | – | – | – | – |
| Módulo de elasticidad (E) | 165 | 180 | GPa | 23.9 | 26.1 | 10⁶ psi |
| Módulo de cortadura (G) | 64 | 71 | GPa | 9.28 | 10.30 | 10⁶ psi |
| Módulo volumétrico (K) | 119 | 137 | GPa | 17.3 | 19.9 | 10⁶ psi |
| Coeficiente de Poisson (ν) | 0.27 | 0.28 | – | 0.27 | 0.28 | – |
Para el grado EN-GJS-500-7, la resistencia a tracción mínima es de 500 MPa (hasta 30 mm de espesor) y la dureza Brinell se mantiene entre 150 y 230 HB.
Límite de fatiga y tenacidad a la fractura
Sección titulada «Límite de fatiga y tenacidad a la fractura»El límite de fatiga de la fundición nodular se encuentra entre 180 MPa (26.1 ksi) y 330 MPa (47.9 ksi).
| Propiedad | Mínimo (SI) | Máximo (SI) | Unidad (SI) | Mínimo (Imperial) | Máximo (Imperial) | Unidad (Imperial) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Límite de fatiga (Endurance limit) | 180 | 330 | MPa | 26.1 | 47.9 | ksi |
| Tenacidad a fractura (KIC) | 22 | 54 | MPa·m½ | 20.0 | 49.1 | ksi·in½ |
Estos valores reflejan la notable resistencia a la fatiga y la tolerancia al daño que caracterizan a las calidades nodulares frente a otros hierros fundidos.
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad de la fundición nodular varía entre 7.05 Mg/m³ (440 lb/ft³) y 7.25 Mg/m³ (453 lb/ft³).
| Propiedad | Mínimo (SI) | Máximo (SI) | Unidad (SI) | Mínimo (Imperial) | Máximo (Imperial) | Unidad (Imperial) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Densidad | 7.05 | 7.25 | Mg/m³ | 440 | 453 | lb/ft³ |
| Volumen atómico (prom.) | 0.0077 | 0.0080 | m³/kmol | 470 | 488 | in³/kmol |
| Contenido energético | 60 | 72 | MJ/kg | 6500 | 7800 | kcal/lb |
| Coeficiente de pérdida | 0.0006 | 0.0022 | – | 0.0006 | 0.0022 | – |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»El punto de fusión de la fundición nodular se sitúa entre 1403 K (1130 °C) y 1523 K (1250 °C).
| Propiedad | Mínimo (SI) | Máximo (SI) | Unidad (SI) | Mínimo (Imperial) | Máximo (Imperial) | Unidad (Imperial) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Punto de fusión | 1403 | 1523 | K | 2066 | 2282 | °F |
| Calor latente de fusión | 270 | 275 | kJ/kg | 116 | 118 | BTU/lb |
| Temperatura máxima de servicio | 623 | 723 | K | 662 | 842 | °F |
| Temperatura mínima de servicio | 123 | 393 | K | –238 | 248 | °F |
| Calor específico (cp) | 460 | 495 | J/(kg·K) | 0.356 | 0.383 | BTU/(lb·°F) |
| Conductividad térmica | 29 | 44 | W/(m·K) | 54.3 | 82.4 | BTU·ft/(h·ft²·°F) |
| Coeficiente de expansión térmica | 10 | 12.5 | 10⁻⁶ /K | 18 | 22.5 | 10⁻⁶ /°F |
La temperatura de transición vítrea no está definida y se omite por tratarse de un material cristalino.
Propiedades eléctricas
Sección titulada «Propiedades eléctricas»La resistividad eléctrica de la fundición nodular se encuentra entre 49 × 10⁻⁸ Ω·m y 56 × 10⁻⁸ Ω·m.
| Propiedad | Mínimo (SI) | Máximo (SI) | Unidad (SI) | Mínimo (Imperial) | Máximo (Imperial) | Unidad (Imperial) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Resistividad eléctrica | 49 | 56 | 10⁻⁸ Ω·m | 49 | 56 | 10⁻⁸ Ω·m |
No se reportan valores significativos de constante dieléctrica ni de potencial de ruptura, ya que no es un material dieléctrico.
Resistencia a la corrosión y agentes ambientales
Sección titulada «Resistencia a la corrosión y agentes ambientales»La fundición nodular presenta una resistencia excelente al desgaste (5/5) y buena resistencia al agua dulce (4/5).
| Agente / Condición | Resistencia (1 = pobre, 5 = excelente) |
|---|---|
| Inflamabilidad | 5 |
| Agua dulce | 4 |
| Disolventes orgánicos | 5 |
| Oxidación a 500 °C | 4 |
| Agua de mar | 3 |
| Ácido fuerte | 2 |
| Álcalis fuertes | 3 |
| Radiación UV | 5 |
| Desgaste | 5 |
| Ácido débil | 4 |
| Álcalis débiles | 5 |
Comportamientos intermedios en medios marinos y ácidos fuertes obligan a seleccionar revestimientos protectores o grados aleados con cromo o níquel para aplicaciones expuestas.
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»La fundición nodular se emplea en tuberías para agua y alcantarillado, donde su resistencia a tracción supera los 420 MPa.
| Industria | Aplicaciones típicas | Propiedad más demandada |
|---|---|---|
| Suministro de agua y saneamiento | Tuberías, válvulas, accesorios, hidrantes | Resistencia mecánica + resistencia a corrosión |
| Automoción | Cigüeñales, bielas, discos de freno, portamanguetas, carcasas de diferencial | Alta resistencia a fatiga y buena mecanibilidad |
| Vehículos industriales y agrícolas | Tractores (bastidores, ejes), camiones clase 8, maquinaria todoterreno | Relación resistencia/peso y ductilidad |
| Energía eólica | Bujes, soportes estructurales, bancadas de generadores | Resistencia a cargas dinámicas y bajas temperaturas |
| Máquinas herramienta y bienes de equipo | Bastidores de prensas, cuerpos de bombas, compresores | Rigidez y amortiguamiento de vibraciones |
| Ferrocarril | Componentes de bogies, ganchos de tracción | Resistencia al impacto |
| Industria general | Poleas, engranajes grandes, matrices de estampación | Tenacidad y resistencia al desgaste |
La sustitución de acero forjado por fundición nodular en piezas de geometría compleja reduce costes de mecanizado y material sin sacrificar prestaciones mecánicas.
Comparativa con otros hierros fundidos
Sección titulada «Comparativa con otros hierros fundidos»En comparación con la fundición gris, la fundición nodular ofrece una ductilidad al menos 10 veces mayor.
| Propiedad | Fundición nodular | Fundición gris | Fundición maleable |
|---|---|---|---|
| Resistencia a tracción (MPa) | 350 - 1000 | 100 - 400 | 300 - 700 |
| Alargamiento (%) | 2 - 29 | < 0.5 | 2 - 18 |
| Módulo de elasticidad (GPa) | 165 - 180 | 80 - 140 | 160 - 180 |
| Tenacidad a fractura (MPa·m½) | 22 - 54 | 10 - 20 | 20 - 40 |
| Mecanibilidad | Muy buena | Excelente | Buena |
| Coste relativo | Medio | Bajo | Medio‑alto |
La forma esferoidal del grafito elimina los concentradores de tensión típicos de las láminas de la fundición gris, confiriéndole una combinación única de resistencia y ductilidad similar a la de algunos aceros, con la ventaja añadida de una excelente fluidez en colada.
Variantes y designaciones normalizadas
Sección titulada «Variantes y designaciones normalizadas»El grado EN-GJS-500-7 posee una resistencia a la tracción mínima de 500 MPa y un alargamiento mínimo del 7 %.
| Designación (EN 1563) | Resistencia a tracción mín. (MPa) | Límite elástico mín. (MPa) | Alargamiento mín. (%) | Dureza Brinell (HBW) | Designaciones equivalentes (ejemplos) |
|---|---|---|---|---|---|
| EN-GJS-350-22 | 350 (t≤30 mm) | 220 | 22 | ≤ 160 | – |
| EN-GJS-400-15 | 400 | 250 | 15 | 130 - 180 | 60-40-18 (ASTM A536) |
| EN-GJS-450-10 | 450 | 310 | 10 | 140 - 210 | 65-45-12 |
| EN-GJS-500-7 | 500 (t≤30 mm) | 320 | 7 | 150 - 230 | 70-50-05; 80-55-06; FCD500 (JIS) |
| EN-GJS-600-3 | 600 | 370 | 3 | 190 - 270 | 100-70-03 |
| EN-GJS-700-2 | 700 | 420 | 2 | 225 - 305 | – |
| EN-GJS-800-2 | 800 | 480 | 2 | 245 - 335 | – |
Para piezas de gran espesor (30‑60 mm y 60‑200 mm) las propiedades mínimas se reducen según lo estipulado en la norma. Equivalencias adicionales pueden consultarse en ASTM A536, A395 y otras normativas regionales.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la resistencia a la tracción típica de la fundición nodular?
Sección titulada «¿Cuál es la resistencia a la tracción típica de la fundición nodular?»La resistencia a la tracción de la fundición nodular varía desde 350 MPa (50.8 ksi) en grados ferríticos hasta 1000 MPa (145 ksi) en calidades tratadas térmicamente como la ADI. El valor exacto depende del grado, el espesor y el tratamiento térmico aplicado.
¿Qué contenido de carbono tiene este material?
Sección titulada «¿Qué contenido de carbono tiene este material?»El contenido de carbono oscila entre 3.0 % y 4.1 % en masa, aunque la mayoría de las composiciones industriales se sitúan en el rango 3.2‑3.8 %. Este carbono aparece mayoritariamente como nódulos de grafito esferoidal, responsables de la alta ductilidad.
¿Cuál es la densidad de la fundición nodular?
Sección titulada «¿Cuál es la densidad de la fundición nodular?»Su densidad está comprendida entre 7.05 g/cm³ y 7.25 g/cm³, equivalentes a 440‑453 lb/ft³. Esta densidad es ligeramente inferior a la del acero (7.8 g/cm³), lo que supone una ventaja en relaciones resistencia/peso.
¿Hasta qué temperatura puede trabajar sin perder propiedades?
Sección titulada «¿Hasta qué temperatura puede trabajar sin perder propiedades?»La temperatura máxima de servicio oscila entre 623 K (350 °C) y 723 K (450 °C). Por encima de estos valores, la resistencia mecánica desciende y la oxidación superficial se acelera, aunque se pueden emplear calidades con alto contenido de silicio o aleaciones de níquel para aplicaciones de mayor temperatura.
¿Qué dureza Brinell presenta normalmente?
Sección titulada «¿Qué dureza Brinell presenta normalmente?»La dureza Brinell puede ir desde 115 HB hasta 326 HB (aproximadamente 1150‑3200 MPa de dureza por indentación). El rango exacto depende del grado: un EN-GJS-500-7 presenta entre 150 y 230 HB, mientras que los grados perlíticos de alta resistencia alcanzan hasta 305 HB.
¿Cómo se compara su resistencia a la fatiga con la del acero?
Sección titulada «¿Cómo se compara su resistencia a la fatiga con la del acero?»El límite de fatiga de 180‑330 MPa (26‑48 ksi) representa típicamente entre el 40 % y el 55 % de su resistencia a tracción, un comportamiento muy similar al de muchos aceros estructurales. Esta capacidad de soportar cargas cíclicas convierte a la fundición nodular en alternativa viable para componentes como cigüeñales y elementos de suspensión.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=797
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/cast-iron-d_1163.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=1522