¿Cómo elegir fundición dúctil o acero fundido? Comparación de prestaciones y análisis de aplicaciones | EATHU Metal Casting
Desde que se desarrolló la fundición dúctil en los años 50, su campo de aplicación no ha dejado de ampliarse. Hoy en día, se ha convertido rápidamente en el segundo material de fundición más utilizado después de la fundición gris, e incluso existe el dicho de «sustituir el acero por el hierro», lo que demuestra plenamente su importancia en las aplicaciones prácticas.
Desde el punto de vista de la fabricación mecánica, la fundición dúctil se utiliza a menudo para producir piezas que soportan fuerzas complejas y tienen elevados requisitos de resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste, etc. Por ejemplo, los cigüeñales y árboles de levas de los automóviles, tractores y motores de combustión interna, así como las válvulas de media presión de la maquinaria general, todos dependen de la fundición dúctil. En la fabricación de estos componentes clave, garantiza el funcionamiento estable y el buen estado de funcionamiento de la maquinaria gracias a sus excelentes propiedades.
En la construcción municipal, los tubos de hierro dúctil se han convertido en el material preferido para las tuberías por sus buenas propiedades y su instalación cómoda y rápida. Ya se trate de las tuberías de transmisión de agua en los sistemas urbanos de abastecimiento de agua o de diversas tuberías utilizadas en las plantas de tratamiento de aguas residuales para controlar el flujo de agua y evitar el reflujo, las tuberías de fundición dúctil desempeñan un papel insustituible y ofrecen garantías fiables para las infraestructuras urbanas.
En el campo de la maquinaria agrícola, al tener que soportar cargas e impactos considerables, destacan la alta resistencia y la resistencia al desgaste de las piezas de fundición dúctil, lo que las convierte en una elección de material ideal y ayuda a que la maquinaria agrícola funcione de forma estable en diversas condiciones de trabajo complejas.
Además, la fundición dúctil también tiene una amplia gama de aplicaciones en muchos campos, como la arquitectura y la energía. Por ejemplo, en algunos componentes estructurales de edificios que deben soportar ciertas presiones y pesos, así como en componentes de equipos relacionados en el proceso de transmisión de energía, puede verse la aplicación de la fundición dúctil.
Dado el excelente rendimiento y el valor de aplicación indispensable de la fundición dúctil en muchos campos, es de gran importancia para las industrias pertinentes optimizar aún más la selección de materiales y mejorar el rendimiento del producto analizando sus ventajas sobre el hierro fundido y el acero fundido. A continuación, realizaremos un análisis en profundidad al respecto.
Comparación de las ventajas de la fundición dúctil y la fundición gris
Comparación de resistencia
En términos de resistencia, la fundición dúctil tiene una ventaja absoluta sobre la fundición. Podemos mostrar intuitivamente esta diferencia a través de algunos datos concretos. La resistencia a la tracción de la fundición dúctil puede alcanzar 60k, mientras que la de la fundición es de sólo 31k, y la diferencia es muy evidente. Además, la fundición dúctil tiene un límite elástico de 40k. En cambio, la fundición no presenta límite elástico y acaba rompiéndose cuando la fuerza alcanza un determinado nivel.
Esta ventaja de resistencia permite a la fundición dúctil soportar condiciones de trabajo más complejas en aplicaciones prácticas. Por ejemplo, en el campo de la automoción, el cigüeñal de un coche debe soportar fuerzas complejas, como las fuerzas repetidas por el movimiento ascendente y descendente del pistón y la fuerza de torsión durante el proceso de transmisión. La fundición dúctil puede satisfacer bien los requisitos de uso del cigüeñal con su alta resistencia y garantizar el funcionamiento estable del motor del coche. Si se utiliza hierro fundido para fabricar el cigüeñal, debido a su resistencia insuficiente, es fácil que se dañe durante el uso y no puede mantener un estado de funcionamiento normal durante mucho tiempo.
Otro ejemplo es la fabricación mecánica. Para los componentes clave que deben soportar grandes fuerzas de tracción y compresión, como los soportes de conexión de grandes equipos, la fundición dúctil también se ha convertido en el material preferido debido a su ventaja de resistencia. Puede garantizar que estos componentes no se deformarán ni romperán fácilmente cuando el equipo esté en funcionamiento, manteniendo así la fiabilidad y estabilidad de todo el dispositivo mecánico. El hierro fundido, debido a su limitada resistencia, parece impotente en estos escenarios de aplicación con elevados requisitos de resistencia.
Comparación de tenacidad y ductilidad
El grafito del hierro fundido tiene generalmente una estructura en escamas o en bloques, lo que provoca una concentración de tensiones relativamente importante en el interior del material, haciendo que la tenacidad y la ductilidad del hierro fundido sean deficientes. Cuando se somete a fuerzas externas, como impactos, es fácil que se produzcan fracturas frágiles.
Sin embargo, durante el proceso de fabricación de la fundición dúctil, al añadir nodulizantes como el magnesio al hierro fundido, la morfología original del grafito se transforma en una forma esférica. Esta estructura esférica del grafito modifica en gran medida las propiedades del material, haciendo que la fundición dúctil tenga una mejora significativa de la tenacidad y la ductilidad. El grafito esférico puede dispersar eficazmente las tensiones. Cuando se somete a un impacto externo, la tensión puede dispersarse más uniformemente por todo el material a través del grafito esférico, evitando la situación en la que la tensión se concentra en un lugar y provoca la propagación de grietas hasta la fractura.
Por ejemplo, en la fabricación de algunas piezas que requieren buena tenacidad y ductilidad, como los arados de la maquinaria agrícola, al arar estarán sometidos continuamente a la fuerza de impacto del terreno y a diversas resistencias complejas. Los arados de fundición dúctil pueden adaptarse mejor a este entorno de fuerzas externas complejas con su propia buena tenacidad y ductilidad y no se romperán ni dañarán fácilmente, garantizando así el progreso normal de la producción agrícola. Si se utiliza hierro fundido para fabricar los arados, debido a su insuficiente tenacidad y ductilidad, pueden producirse rápidamente grietas o incluso fracturas al encontrarse con grandes fuerzas de impacto, lo que afecta al efecto de uso y a la vida útil.
Comparación de escenarios de aplicación
Las aplicaciones más comunes de la fundición se concentran en lugares donde los requisitos de resistencia y tenacidad no son tan elevados. Por ejemplo, como las tapas de alcantarillado de los edificios, que desempeñan principalmente una función de cobertura y protección y tienen pocos requisitos en cuanto a su capacidad para soportar fuerzas externas complejas. El hierro fundido puede cumplir los requisitos de uso gracias a su coste relativamente bajo y a la sencillez de su fundición. Otro ejemplo son algunos accesorios sencillos para estufas. En uso normal, sólo necesitan soportar temperaturas relativamente estables y pequeñas fuerzas externas, y el hierro fundido también puede ser competente en tales escenarios de trabajo.
Debido a su rendimiento global más excelente, los escenarios de aplicación de la fundición dúctil son más amplios y suelen ser lugares donde las fuerzas son complejas y los requisitos de resistencia, tenacidad, etc. son mayores. En la ingeniería municipal, las tuberías de fundición dúctil se utilizan mucho en los sistemas de abastecimiento y drenaje de agua porque tienen que soportar determinadas presiones de agua y adaptarse a diferentes entornos subterráneos, incluidas las posibles presiones del suelo y las vibraciones del terreno. La alta resistencia, la buena tenacidad y la resistencia a la corrosión de la fundición dúctil le permiten afrontar bien estas situaciones complejas y garantizar el funcionamiento estable a largo plazo de las tuberías.
En el ámbito industrial, muchos componentes clave de automóviles, tractores, etc., como cigüeñales y bielas, deben soportar enormes fuerzas explosivas, fuerzas de fricción y tensiones alternas durante el funcionamiento del motor. La fundición dúctil se ha convertido en el material ideal para fabricar estos componentes gracias a su excelente rendimiento integral y puede garantizar que el equipo mecánico siga funcionando de forma fiable en condiciones de funcionamiento prolongado y de alta intensidad.
En general, debido a sus ventajas en resistencia, tenacidad, ductilidad y otros aspectos, la fundición dúctil muestra un valor insustituible en escenarios de aplicación más importantes y complejos en comparación con la fundición, y su campo de aplicación es también más amplio.
Comparación de ventajas entre la fundición dúctil y el acero moldeado
Resistencia comparable
La resistencia de la fundición dúctil y la de la fundición de acero son comparables, lo que le permite sustituir a la fundición de acero en muchas aplicaciones. En términos de límite elástico, la fundición dúctil presenta una ventaja evidente. Su límite elástico puede alcanzar al menos 40k, mientras que el del acero fundido es de sólo 36k. Por ejemplo, en algunos campos de la fabricación mecánica, como algunos equipos de transmisión de energía de tamaño pequeño y mediano, para componentes de conexión clave que necesitan soportar ciertas fuerzas de tracción y torsión, la fundición dúctil puede cumplir plenamente los requisitos de trabajo correspondientes con tales características de resistencia y garantizar el funcionamiento estable del equipo. Además, al tiempo que cumple la norma de resistencia, también puede aportar otras ventajas, que están fuera del alcance del acero fundido.
La fundición dúctil también puede sustituir a la fundición de acero en la fabricación de equipos industriales que exigen una gran resistencia estructural, pero que no son muy grandes ni muy pesados. Por ejemplo, en la parte de la estructura del bastidor de algunas máquinas generales, la fundición dúctil puede adaptarse mejor al proceso global de fabricación y a los requisitos de control de costes sobre la base del cumplimiento de los requisitos de resistencia, lo que permite al producto lograr un mejor equilibrio entre rendimiento y economía. Por lo tanto, esta característica de resistencia comparable y mejor límite elástico convierte a la fundición dúctil en un poderoso sustituto del acero fundido en muchos campos.
Comparación de la resistencia a la corrosión y a la oxidación
En la mayoría de los campos de aplicación municipales, como en entornos de agua, agua salada, vapor, etc., la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación de la fundición dúctil son muy destacadas, superando incluso a las del acero fundido. El agua, como medio habitual en la ingeniería municipal, ya sea en tuberías de suministro de agua o en tuberías de drenaje, los materiales se corroen fácilmente cuando están en un entorno húmedo durante mucho tiempo. En tal ambiente acuático, la fundición dúctil puede mantener su estabilidad estructural durante mucho tiempo gracias a su buena resistencia a la corrosión y evitar problemas como el adelgazamiento de la pared de la tubería y la perforación causada por la corrosión, garantizando así el funcionamiento normal de los sistemas de abastecimiento de agua y drenaje.
En entornos en los que existe agua salada, como algunas infraestructuras municipales de ciudades costeras o instalaciones relacionadas alrededor de zonas en las que se utiliza agua salada para retirar la nieve, la ventaja de la resistencia a la corrosión de la fundición dúctil es aún más destacada. En comparación con el acero fundido, la fundición dúctil puede resistir mejor la erosión del agua salada y prolongar su vida útil. En los escenarios de aplicación que implican vapor, como algunas tuberías de calefacción, la resistencia a la oxidación de la fundición dúctil puede evitar la rápida oxidación y descascarillado de la superficie de la tubería, mantener una buena conductividad térmica e integridad estructural, reducir la frecuencia de mantenimiento y sustitución y disminuir el coste de mantenimiento. En conjunto, presenta la ventaja de ser más adecuada para esos entornos que el acero fundido.
Ventajas de coste y mecanizado
Desde el punto de vista de los costes, la fundición dúctil tiene una ventaja evidente sobre el acero moldeado. Su coste es inferior, lo que la hace más favorecida en muchos proyectos de ingeniería. En la producción y fabricación a gran escala, como cuando se instala un gran número de tuberías de fundición dúctil en ingeniería municipal, el menor coste del material puede ahorrar en gran medida los gastos del proyecto. Además, la eficiencia de fundición de hierro dúctil es mayor. Puede completar el moldeo más rápidamente durante el proceso de fundición y acortar el período de producción. Para algunos proyectos que necesitan ser entregados rápidamente, esto es sin duda una ventaja importante.
Al mismo tiempo, el coste de mecanizado de la fundición dúctil también es menor. Debido a las características propias del material, al realizar operaciones de mecanizado como el corte y la perforación, en comparación con el acero fundido, el desgaste de las herramientas de procesamiento, como las fresas, es menor, y la dificultad de mecanizado también es menor, lo que puede reducir aún más el coste global de fabricación. Por ejemplo, en la producción de válvulas de fundición dúctil por lotes, ya sea en la fase de fundición o en la posterior de mecanizado, puede reflejarse la ventaja de costes, haciendo que el producto sea más competitivo en precio en el mercado y aportando también mejores beneficios económicos a las empresas.
Comparación de la capacidad de amortiguación
La fundición dúctil tiene una microestructura de grafito esférico única. Basándose en esta característica estructural, es superior al acero fundido en cuanto a capacidad de reducción de vibraciones. En aplicaciones prácticas, cuando un equipo está en funcionamiento o una estructura está sometida a vibraciones debidas a fuerzas externas, la fundición dúctil puede absorber y dispersar eficazmente estas energías de vibración, reduciendo así mejor la tensión. Por ejemplo, en algunos equipos industriales con fuentes de vibración, como los motores, si la fundición dúctil se utiliza para fabricar la base o la estructura de soporte, puede reducir la transmisión de vibraciones a los alrededores, evitar el aflojamiento y el daño de otros componentes debido a la vibración a largo plazo, y proteger la fiabilidad y la estabilidad de todo el equipo.
En el ámbito del transporte, como algunos dispositivos de expansión de puentes que deben hacer frente al impacto de las vibraciones provocadas por la conducción de vehículos, si se fabrican con fundición dúctil, su capacidad de amortiguación puede reducir el impacto de las vibraciones en la estructura general del puente, prolongar la vida útil de la estructura y también mejorar la comodidad de conducción. En el ámbito de la construcción, para algunas instalaciones sensibles a las vibraciones, como las plataformas de colocación de instrumentos de precisión, la ventaja de amortiguación de la fundición dúctil también puede desempeñar un papel importante, garantizando que los instrumentos no se vean interferidos por las vibraciones y funcionen con normalidad. Puede verse que su ventaja en escenarios de aplicación en entornos de vibración es muy significativa.
Como líder innovador del sector, EATHU desempeña un papel importante en la investigación, el desarrollo, la producción y la promoción de aplicaciones de fundición dúctil. Con su avanzada tecnología y su rica experiencia, EATHU optimiza continuamente el proceso de producción de fundición dúctil para garantizar la estabilidad y la consistencia de la calidad del producto. Mediante una rigurosa selección de materias primas y un control preciso de la composición, la fundición dúctil de EATHU cumple o supera las normas del sector en cuanto a propiedades clave como la resistencia y la tenacidad.
En el campo de la aplicación, EATHU trabaja activamente con diversos socios industriales para explorar aplicaciones innovadoras de la fundición dúctil. Por ejemplo, en ingeniería municipal, EATHU proporciona soluciones personalizadas de tuberías de fundición dúctil para sistemas urbanos de suministro de agua, combinando tecnología anticorrosión avanzada y sistemas de supervisión inteligentes para garantizar la seguridad y la eficiencia del suministro urbano de agua; en el campo de la fabricación industrial, EATHU coopera con fabricantes de automóviles para investigar y desarrollar piezas de fundición dúctil de alto rendimiento para automóviles, ayudando a aligerar los automóviles y a mejorar su rendimiento.