Fundición Maleable
Composición química
Sección titulada «Composición química»La fundición maleable se obtiene a partir de una fundición blanca hipoeutéctica con una composición química controlada, donde el contenido de carbono oscila típicamente entre 2,0 % y 2,9 % y el silicio entre 0,9 % y 1,9 %. La composición exacta se ajusta según el espesor de la pieza y las propiedades finales deseadas, y en muchas normas queda a discreción del fabricante.
| Elemento | Rango típico (%) |
|---|---|
| Carbono (C) | 2,00 – 2,90 |
| Silicio (Si) | 0,90 – 1,90 |
| Manganeso (Mn) | 0,15 – 0,50 |
| Azufre (S) | 0,02 – 0,20 |
| Fósforo (P) | ≤ 0,10 |
| Cromo (Cr) | ≤ 0,10 |
El contenido de fósforo se limita a menos de 0,1 % en piezas que recibirán tratamiento adicional o que operarán a bajas temperaturas. El azufre y el manganeso deben balancearse para asegurar la solidificación completamente blanca sin formación de grafito primario.
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»Las propiedades mecánicas dependen de la microestructura de la matriz, que puede ser ferrítica (maleable de corazón negro), perlítica o mixta, según el ciclo de recocido aplicado tras la colada. La resistencia a la tracción del grado ferrítico EN‑GJMB‑300‑6 es de 300 MPa para diámetros nominales de 12 a 15 mm.
Maleable de corazón negro (ferrítico) según EN 1562
Sección titulada «Maleable de corazón negro (ferrítico) según EN 1562»| Grado | Diámetro nominal (mm) | Rm (MPa) | Rp0,2 (MPa) | Alargamiento A (%) | Dureza Brinell (HB) |
|---|---|---|---|---|---|
| EN‑GJMB‑300‑6 | 12 – 15 | 300 | — | 6 | ≤ 150 |
| EN‑GJMB‑350‑10 | 12 – 15 | 350 | 200 | 10 | ≤ 150 |
Maleable perlítico (valores orientativos)
Sección titulada «Maleable perlítico (valores orientativos)»| Grado | Diámetro nominal (mm) | Rm (MPa) | Rp0,2 (MPa) | Alargamiento A (%) | Dureza Brinell (HB) |
|---|---|---|---|---|---|
| EN‑GJMB‑450‑6 | 12 – 15 | 450 | 270 | 6 | 150 – 200 |
| EN‑GJMB‑550‑4 | 12 – 15 | 550 | 340 | 4 | 180 – 230 |
| EN‑GJMB‑650‑2 | 12 – 15 | 650 | 430 | 2 | 210 – 260 |
| EN‑GJMB‑700‑2 | 12 – 15 | 700 | 530 | 2 | 240 – 290 |
El límite elástico en los grados ferríticos se sitúa alrededor del 60‑65 % de la resistencia a la tracción. La fundición maleable conserva buena ductilidad incluso en espesores delgados y presenta una temperatura de transición dúctil-frágil más baja que otras fundiciones nodulares gracias a su menor contenido de silicio.
Propiedades físicas y térmicas
Sección titulada «Propiedades físicas y térmicas»La densidad de la fundición maleable es de aproximadamente 7,20 a 7,35 g/cm³. Las propiedades varían ligeramente según la matriz, ofreciendo una combinación equilibrada de resistencia y tenacidad.
| Propiedad | Valor típico (ferrítica) | Valor típico (perlítica) | Unidades |
|---|---|---|---|
| Densidad | 7,20 – 7,35 | 7,25 – 7,40 | g/cm³ |
| Módulo elástico (E) | 165 – 175 | 170 – 185 | GPa |
| Relación de Poisson | 0,26 | 0,26 | — |
| Coeficiente de expansión térmica (20‑100 °C) | 10,5 – 11,0 | 11,0 – 12,0 | 10⁻⁶ /K |
| Conductividad térmica a 20 °C | 50 – 55 | 40 – 45 | W/(m·K) |
| Calor específico (20‑200 °C) | 460 – 500 | 460 – 500 | J/(kg·K) |
| Temperatura máxima de servicio continuo | 400 | 350 | °C |
La conductividad térmica de la matriz ferrítica supera en un 20‑25 % a la de la matriz perlítica, lo que favorece la disipación de calor en componentes como carcasas de maquinaria y conexiones de tuberías.
Tratamientos térmicos
Sección titulada «Tratamientos térmicos»La fundición maleable se produce mediante un tratamiento térmico de maleabilización aplicado a piezas coladas en fundición blanca. El proceso consiste en un recocido prolongado que transforma la cementita metaestable en nódulos de carbono de revenido (grafito temperizado) dentro de una matriz ferrítica o perlítica.
El ciclo típico de maleabilización ferrítica (corazón negro) comprende dos etapas:
- Grafitización de primera etapa – Calentamiento a 900‑980 °C y mantenimiento durante 30‑60 horas en atmósfera neutra. La cementita se descompone en austenita y nódulos de grafito.
- Grafitización de segunda etapa – Enfriamiento controlado hasta 720‑760 °C y mantenimiento durante 20‑40 horas para descomponer la austenita en ferrita y grafito adicional. El enfriamiento final hasta temperatura ambiente se realiza lentamente.
Para obtener matriz perlítica se suprime total o parcialmente la segunda etapa y se aplica un enfriamiento en aire o un revenido posterior entre 600 y 700 °C. El tratamiento de maleabilización blanca (whiteheart) se realiza en atmósfera descarburante, produciendo una superficie ferrítica con gradiente de carbono hacia el núcleo.
La ausencia total de grafito antes del tratamiento es crítica; cualquier indicio de grafito primario (“moteado”) compromete las propiedades finales. Las piezas de más de 20‑25 mm de espesor requieren precauciones especiales para evitar este defecto.
Soldabilidad y maquinabilidad
Sección titulada «Soldabilidad y maquinabilidad»La fundición maleable presenta una maquinabilidad excelente, especialmente en los grados ferríticos de corazón negro, cuyo límite elástico relativamente bajo y matriz blanda favorecen el arranque de viruta. La maquinabilidad es comparable o ligeramente superior a la de la fundición gris de similar dureza.
La soldabilidad es limitada. Pueden aplicarse procesos de soldadura fuerte (brazing) con aportaciones de latón o aleaciones de cobre-fósforo, obteniendo uniones satisfactorias en componentes no sometidos a altas solicitaciones mecánicas. La soldadura por fusión no se recomienda debido a que el calor localizado puede transformar el grafito temperizado en cementita, generando zonas frágiles en la zona afectada térmicamente y comprometiendo la integridad de la unión.
En caso de resultar imprescindible una soldadura por fusión, se requiere precalentamiento uniforme a 500‑600 °C, electrodos de níquel o hierro-níquel y un enfriamiento lento controlado, además de un posterior recocido de alivio de tensiones. Aun así, la resistencia y ductilidad en la zona soldada serán inferiores a las del material base.
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»La fundición maleable ocupa un nicho específico en piezas de pequeño y mediano tamaño, con espesores de pared inferiores a 6,35 mm (0,25 pulgadas), donde otras fundiciones nodulares presentan dificultades por la formación prematura de carburos durante el enfriamiento rápido.
Maquinaria agrícola y equipos de labranza
Sección titulada «Maquinaria agrícola y equipos de labranza»Soportes de rejas, brazos de dirección, eslabones de cadenas de arrastre, horquillas y engranajes de baja velocidad.
Accesorios de tuberías y conducciones
Sección titulada «Accesorios de tuberías y conducciones»Conexiones roscadas hasta 4 pulgadas, racores, codos, tes, tapones, bridas de baja presión y cuerpos de válvulas para agua, gas y vapor a temperaturas moderadas.
Sector ferroviario y línea aérea
Sección titulada «Sector ferroviario y línea aérea»Abrazaderas de suspensión, herrajes de catenaria, soportes de aisladores, piezas de vía y componentes de señalización donde se requiere tenacidad y resistencia a la intemperie.
Herramientas manuales y ferretería
Sección titulada «Herramientas manuales y ferretería»Llaves ajustables, mordazas, cuerpos de gatos mecánicos, bisagras, soportes de cercas y herrajes de construcción donde se aprovecha la capacidad de doblado sin rotura.
Industria eléctrica
Sección titulada «Industria eléctrica»Cajas de mecanismos, carcasas de electroválvulas, brazos de interruptores, grapas de cable y accesorios de líneas eléctricas.
La fundición maleable puede someterse a operaciones de conformado en frío posteriores a la colada, como estampado para enderezado, doblado o acuñado, una ventaja sobre otras fundiciones frágiles.
Designaciones equivalentes
Sección titulada «Designaciones equivalentes»| Norma | Grado ferrítico básico | Grado perlítico medio |
|---|---|---|
| EN 1562 (Símbolo) | EN‑GJMB‑300‑6 | EN‑GJMB‑550‑4 |
| EN 1562 (Número) | EN‑JM1110 | EN‑JM1150 |
| ISO 5922 | B30‑06 | P55‑04 |
| ASTM A47 (Americana) | Grado 32510 | — |
| ASTM A220 (Americana) | — | Grado 50005 |
| JIS G 5705 (Japonesa) | FCMB 30‑06 | FCMP 55‑04 |
| GB/T 9440 (China) | KTH 300‑06 | KTZ 550‑04 |
La equivalencia entre normas es aproximada y debe verificarse para cada requisito específico de composición o propiedad. Las designaciones numéricas americana ASTM difieren de las europeas en la nomenclatura pero son funcionalmente intercambiables en la mayoría de los casos.
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»| Propiedad | Fundición maleable ferrítica | Fundición dúctil ferrítica (GJS‑400‑15) | Fundición gris (GJL‑250) | Acero al carbono (0,2 % C) |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (MPa) | 300 – 400 | 400 – 430 | 200 – 300 | 400 – 550 |
| Límite elástico (MPa) | 180 – 230 | 250 – 290 | — | 250 – 350 |
| Alargamiento (%) | 6 – 12 | 15 – 20 | < 1 | 25 – 35 |
| Módulo elástico (GPa) | 165 – 175 | 170 – 175 | 90 – 120 | 205 – 210 |
| Dureza Brinell (HB) | 130 – 150 | 140 – 170 | 170 – 210 | 120 – 160 |
| Tenacidad a baja temperatura | Excelente | Buena | Mala | Buena |
| Amortiguamiento de vibraciones | Bueno | Moderado | Excelente | Bajo |
| Maquinabilidad | Excelente | Muy buena | Excelente | Buena |
| Soldabilidad | Limitada (brazing) | Limitada | Muy limitada | Excelente |
| Espesor mínimo fiable (mm) | 3 – 6 | 8 – 12 | 3 – 5 | — |
| Coste relativo de producción | Medio‑alto | Medio | Bajo | Bajo‑medio |
La fundición maleable ocupa una posición intermedia. Frente a la fundición gris ofrece ductilidad y tenacidad muy superiores, pero a un coste mayor. Comparada con la fundición dúctil ferrítica, soporta mejor los espesores delgados (por debajo de 6‑8 mm) y muestra una temperatura de transición dúctil-frágil más baja debido a su menor contenido de silicio. Sin embargo, la fundición dúctil la supera en alargamiento y en coste unitario de producción al no requerir el largo ciclo de maleabilización.
Limitaciones y consideraciones de diseño
Sección titulada «Limitaciones y consideraciones de diseño»El espesor máximo de pared está limitado a aproximadamente 25‑30 mm para evitar la aparición de grafito primario durante la solidificación. En secciones más gruesas la velocidad de enfriamiento no es suficiente para garantizar una estructura completamente blanca, dando lugar a un defecto conocido como “hierro moteado” que degrada las propiedades mecánicas finales.
El ciclo de maleabilización es largo y costoso energéticamente: 48‑100 horas totales según el grado y el espesor. Este factor encarece la pieza terminada frente a alternativas como la fundición dúctil o el acero de bajo carbono, por lo que su uso se justifica solo cuando se necesitan simultáneamente:
- Espesores de pared delgados (inferiores a 8 mm)
- Buena ductilidad y tenacidad a baja temperatura
- Resistencia a la presión (estanqueidad)
- Capacidad de deformación en frío post‑colada
La sensibilidad a la velocidad de deformación es baja, lo que permite operaciones de estampado, doblado o acuñado en frío sin riesgo de fractura frágil, una ventaja sobre otras fundiciones.
Las piezas de gran producción en fundición maleable requieren un control riguroso de la composición, especialmente de la relación Mn/S y de elementos residuales como cromo, boro o telurio, que estabilizan los carburos y pueden inhibir la grafitización durante el recocido.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Qué límite elástico tiene la fundición maleable ferrítica?
Sección titulada «¿Qué límite elástico tiene la fundición maleable ferrítica?»La fundición maleable ferrítica grado EN‑GJMB‑350‑10 presenta un límite elástico Rp0,2 de 200 MPa para diámetros nominales de 12 a 15 mm. En los grados perlíticos más resistentes como el EN‑GJMB‑650‑2 el límite elástico alcanza 430 MPa.
¿Cuál es la diferencia entre fundición maleable y fundición dúctil?
Sección titulada «¿Cuál es la diferencia entre fundición maleable y fundición dúctil?»Ambas tienen grafito en forma esferoidal, pero en la maleable los nódulos de carbono de revenido se obtienen mediante un tratamiento térmico de 48‑100 horas tras la colada en blanco, mientras que en la dúctil la esferoidización se logra directamente en estado líquido añadiendo magnesio. La maleable resiste mejor en espesores finos (3‑6 mm) y tiene mejor tenacidad a baja temperatura, pero su proceso es más largo y costoso.
¿Cómo se suelda la fundición maleable?
Sección titulada «¿Cómo se suelda la fundición maleable?»La soldadura por fusión no se recomienda para aplicaciones estructurales. La unión habitual se realiza mediante soldadura fuerte (brazing) con aportes de latón o Cu‑P. Si es inevitable soldar por fusión, se exige precalentamiento a 500‑600 °C, electrodos de Ni o Fe‑Ni y enfriamiento lento, aunque la resistencia en la unión será reducida frente al material base.
¿Cuál es la temperatura máxima de servicio de la fundición maleable?
Sección titulada «¿Cuál es la temperatura máxima de servicio de la fundición maleable?»La temperatura máxima de servicio continuo es de 400 °C para las calidades ferríticas y de 350 °C para las perlíticas. Por encima de esos valores el carbono de revenido tiende a redisolver, degradando la estructura y las propiedades mecánicas.
¿Qué tipo de fundición maleable ofrece mayor ductilidad?
Sección titulada «¿Qué tipo de fundición maleable ofrece mayor ductilidad?»La fundición maleable de corazón negro con matriz completamente ferrítica (grados EN‑GJMB‑350‑10 o ASTM 32510) ofrece el mayor alargamiento, hasta 10‑12 %. Este grado se destina a aplicaciones donde la presión de estanqueidad prima sobre una alta resistencia mecánica.
¿En qué aplicaciones se prefiere la fundición maleable sobre la fundición gris?
Sección titulada «¿En qué aplicaciones se prefiere la fundición maleable sobre la fundición gris?»Se prefiere cuando se necesita ductilidad, resistencia al impacto y capacidad de soportar deformaciones sin rotura. Ejemplos típicos son accesorios roscados de tubería, herrajes de línea aérea, herramientas manuales y piezas de maquinaria agrícola que requieren alta tenacidad. La fundición gris es más económica pero no admite ningún grado de deformación plástica ni impactos significativos.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=3864
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/cast-iron-d_1163.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=1558