El hierro gris y el hierro dúctil son los dos tipos de hierro fundido más utilizados en la industria, y la diferencia práctica entre ambos se reduce a una sola característica: la forma del grafito. El hierro gris se solidifica con grafito en forma de escamas, mientras que el hierro dúctil forma grafito esferoidal. Esa única diferencia determina la resistencia, la tenacidad, la amortiguación, la maquinabilidad y el coste, por lo que la elección del tipo de hierro debe partir de la forma del grafito y no del nombre.
Ambos metales son aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono de entre el 2 y el 4 por ciento, aproximadamente, además de pequeñas cantidades de silicio, manganeso y otros elementos. Se funden bien, rellenan moldes complejos y se fabrican mediante fusión, aleación y fundición, en lugar de mediante forja o mecanizado a partir de barras. A continuación se comparan ambas familias en cuanto a microestructura, propiedades mecánicas, aplicaciones y selección.
¿Qué es el hierro gris?
El hierro gris contiene grafito en forma de escamas. Cuando una pieza fundida se rompe, la fractura discurre a lo largo de las escamas y la superficie rota presenta un color gris, de ahí su nombre. Las escamas hacen que hierro gris Fáciles de mecanizar: actúan como rompevirutas y proporcionan un lubricante seco durante el corte. El hierro gris también amortigua las vibraciones entre 20 y 25 veces mejor que el acero, una propiedad en la que los fabricantes de máquinas-herramienta han confiado durante más de un siglo.
La estructura laminar tiene sus inconvenientes. El hierro gris presenta una ductilidad y un límite elástico apenas apreciables, por lo que no debe utilizarse en aplicaciones en las que las cargas de impacto o las tensiones de flexión sean elevadas. Es adecuado para piezas sometidas a cargas de compresión constantes y que requieran control de vibraciones o una buena maquinabilidad, como bloques de motor, bases de máquinas, tambores de freno, carcasas de engranajes y accesorios para tuberías.
¿Qué es el hierro dúctil?
El hierro dúctil, también denominado hierro nodular, se fabrica añadiendo magnesio a la masa fundida, de modo que el grafito se solidifica en forma de esferoides en lugar de escamas. La forma redondeada del grafito elimina las concentraciones de tensión propias de las grietas que se producen con las escamas, lo que proporciona hierro dúctil límite elástico, alargamiento y resistencia al impacto cuantificables, características de las que carece el hierro gris. El hierro dúctil se desarrolló en 1948 y se ha convertido en la opción por defecto para las piezas sometidas a cargas de flexión, presión o golpes.
Entre sus aplicaciones habituales se incluyen cigüeñales, engranajes, cuerpos de bombas, cuerpos de válvulas, tuberías y accesorios, componentes de suspensión y carcasas pesadas. No es tan fácil de mecanizar ni absorbe las vibraciones tan bien como el hierro gris, pero es más resistente y mucho más tenaz para una misma sección transversal.
Hierro gris frente a hierro dúctil: diferencias clave
Las diferencias se deben a la forma del grafito. El hierro gris contiene grafito en escamas, mientras que el hierro dúctil contiene grafito esferoidal. Las escamas crean muescas internas que limitan la resistencia y la ductilidad, pero mejoran la amortiguación y la maquinabilidad; los esferoides distribuyen la tensión de forma más uniforme, lo que aumenta la resistencia, la ductilidad y la resistencia al impacto.
Los grados también se rigen por normas diferentes. El hierro gris se especifica según la norma ASTM A48, con números de clase como 25 y 40 que hacen referencia a la resistencia a la tracción en ksi. El hierro dúctil se especifica según la norma ASTM A536, con designaciones como 60-40-18 y 120-90-02 que indican, en ese orden, la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento. El coste sigue el mismo patrón: el hierro gris es más barato de fundir y mecanizar, mientras que el hierro dúctil cuesta más, pero aporta resistencia, tenacidad y resistencia a la fatiga allí donde la aplicación lo requiere. Es más importante indicar el grado y la norma que nombrar la familia de materiales, y la gama completa de tipos de hierro fundido Merece la pena revisarlo antes de dar por finalizado el boceto.
Comparación de propiedades mecánicas
La tabla resume los valores típicos extraídos de comparativas publicadas; las cifras exactas dependen del grado, el espesor de la sección y el tratamiento térmico.
| Propiedad | Hierro gris | Hierro dúctil |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 20-40 ksi (Clase 25-40, ASTM A48) | 60–120 ksi (60-40-18 a 120-90-02, ASTM A536) |
| Límite elástico | No se puede medir en tensión | 40-90 ksi |
| Alargamiento | Por debajo del 1 por ciento | Hasta un 18 % (60-40-18) |
| Resistencia al impacto | Bajo | Alta |
| Amortiguación de vibraciones | Excelente, aproximadamente 20–25× acero | Bien |
| Maquinabilidad | Excelente | Bien |
| Conductividad térmica | Más alto | Baja |
| Coste por lanzamiento | Baja | Más alto |
En resumen, el hierro gris destaca por su amortiguación, mecanizabilidad y coste; el hierro dúctil, por su resistencia mecánica, tenacidad y resistencia a la fatiga. El tipo de hierro más adecuado dependerá de cuáles de estas características sean las más importantes para la aplicación en cuestión.
Aplicaciones típicas del hierro gris y del hierro dúctil
Elige el tipo de hierro en función de la carga, no del nombre. El hierro gris soporta bien la compresión constante, la vibración y los costes de mecanizado; el hierro dúctil soporta bien los impactos, la flexión, la presión y la fatiga.
Aplicaciones típicas del hierro gris
El hierro gris se utiliza para bloques de motor y culatas, bancadas de máquinas-herramienta, discos y tambores de freno, carcasas de engranajes, poleas y piezas de fundición de uso municipal, como tapas de registro y accesorios para tuberías. Sus propiedades de amortiguación y mecanizabilidad lo convierten en la opción más económica cuando las cargas son exclusivamente de compresión y previsibles.
Aplicaciones típicas del hierro dúctil
El hierro dúctil se utiliza para cigüeñales, engranajes, cuerpos de bombas y válvulas, tuberías a presión y accesorios para sistemas de agua y aguas residuales, componentes de suspensión y dirección, y carcasas para la industria pesada. En lo que respecta al transporte de fluidos en particular, consulte nuestro Estudio de caso sobre la fundición del cuerpo de una válvula para conocer cómo se comporta el hierro dúctil bajo presión y cargas cíclicas.
Cómo elegir entre hierro fundido gris y hierro dúctil
La decisión parte del caso de carga, no del nombre del material. Si la pieza es rígida, está sometida principalmente a compresión y se beneficia de la amortiguación, la transferencia de calor o el coste de mecanizado, el hierro gris suele ser la opción más económica. Si está sometida a tracción, flexión, impacto, presión o fatiga cíclica, lo habitual es optar por el hierro dúctil.
Elige hierro gris cuando
- La carga es de compresión y constante, como en las bases de las máquinas, los bloques de motor y los contrapesos.
- El diseño se basa en la amortiguación de vibraciones o en la conductividad térmica
- El volumen de mecanizado y el coste son más importantes que la tenacidad
- El servicio se presta sin presiones y no hay riesgo de golpes.
Elige hierro dúctil cuando
- La pieza debe ceder antes de romperse o resistir los impactos y las sacudidas.
- Componentes sometidos a presión, como cuerpos de válvulas, carcasas de bombas y tuberías de agua
- Predominan la flexión, la fatiga o las cargas cíclicas
- La relación resistencia-peso y la fiabilidad justifican el mayor coste del material
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Qué es más resistente, el hierro gris o el hierro dúctil?
El hierro dúctil es más resistente a la tracción y presenta un límite elástico cuantificable, por lo que resulta más adecuado en aquellas aplicaciones en las que la flexión, la presión o el impacto son factores importantes. El hierro gris no se elige por su resistencia, sino por su capacidad de amortiguación, su maquinabilidad y su coste.
¿Es el hierro gris más barato que el hierro dúctil?
Sí. El hierro gris sale más barato por pieza fundida, ya que requiere menos tratamiento de aleación y es más fácil de mecanizar. La diferencia de coste se reduce cuando el hierro dúctil evita una sección más pesada o un fallo prematuro.
¿Cuál debería elegir para las carcasas de las bombas y los cuerpos de válvulas?
El hierro dúctil es la opción más segura para las piezas sometidas a presión, ya que cede antes de romperse y resiste los golpes. El hierro gris puede ser adecuado para carcasas sometidas a baja presión y en las que predominan las vibraciones, en las que el peso y el coste de mecanizado son factores más importantes.
¿Qué tipo de hierro es más fácil de mecanizar?
Hierro gris. Las escamas de grafito actúan como rompevirutas y como lubricante seco, por lo que la vida útil de las herramientas es mayor y los tiempos de ciclo son más cortos. El hierro dúctil se mecaniza bien, pero requiere herramientas más duras y velocidades más bajas para obtener el mismo acabado.
Hierro fundido nodular – Fabricante de piezas de hierro fundido
Ese es el tipo de decisión en la que una fundición puede ayudar. Envía el plano, las condiciones de servicio y las cantidades a nuestros ingenieros, y deja que confirmen el grado, el proceso de moldeo y los pasos de acabado antes de dar luz verde a la fabricación de los moldes. Resolver estos aspectos desde el principio sale más barato que corregirlos una vez iniciada la producción.
