Metales ferrosos - Monografía

16/08/2013

Hoja Nº 1 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES.

LOS MATERIALES FERROSOS. García Jorge, Garay Martín, Soriano Gonzalo, Velazco Karen, Videla Sabrina.

2013

16/08/2013

Hoja Nº 2 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Introducción.  Los materiales ferrosos. Características  Estructuras de los metales.  Sistemas cristalográficos, celdillas elementales. Minerales de origen.  Situación geográfica.  Forma de extracción requerida.  Naturaleza y calidad de la ganga y de la mena.  Factores sociales y económicos.  Concentración. Molido reduccion de tamaño.  Trituradora de cilindros.  Trituradoras a mandíbula.  Trituradora a rotación excéntrica.  Molino de bolas. (Principio de funcionamiento, Rango de aplicaciones.)  Separación magnética. Alto Horno.  Funcionamineto.  Partes de alto horno.  Materia prima del alto horno. (Mineral de hierro, carbón de coque, los fundentes.)  Procedimientos de obtención de arrabio.  Depuración de gases. Las fundiciones.  ¿Qué son las fundiciones? Clasificación.

16/08/2013

Hoja Nº 3 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

 Fundiciones ordinarias. (fundición blanca, fundición gris, fundición atruchada.)  Fundiciones aleadas.  Fundiciones especiales. (Fundiciones maleables, Fundición de grafito esferoidal o nodular). Conglomerados férreos.  Proceso de obtención. (obtención de los polvos, prensado, sinterizado).  Aplicaciones de los materiales sinterizados. Los aceros.  ¿Qué son los aceros?  Clasificación. (aceros no aleados, aceros aleados).  Clasificación por designación convencional numérica.

Procedimientos de obtención de acero.  Procedimiento de soplado. (Horno de oxígeno (LD), Convertidores (Bessemer y Thomas).  Procedimientos de hogar abierto. (Horno Martin-Siemens)  Procedimientos eléctricos.  Presentación comercial del acero. (barras, perfiles, palastros).  Del acero al lingote por medio de lingoteras. (proceso). Conformación de los materiales metálicos.  Moldeo.(proceso)  Tipos de moldeos. (clasificación).  La colada.  Tipos de colada.  Colada continua. Deformación en caliente.

16/08/2013

Hoja Nº 4 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

 Laminación.  Laminación en caliente. (proceso).  Forja. (procedimiento).  Estampado. Deformación en frío.  Laminación en frío.(proceso)  Forjado en frío.  Estampación.  Extrusión.  Doblado y curvado.  Embutición.  Trefilado.  Producción de hojalata. Tratamientos térmicos.  Recocido.  Temple.  Revenido. Tratamientos termoquímicos.  Cementación.  Nitruración.  Cianuración.  Carbonitrutación.  Sulfinización.  Diagrama de Fe-C

16/08/2013

Hoja Nº 5 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

LOS MATERIALES FERROSOS. Los materiales férricos son los que tienen como elemento básico constitutivo el "hierro, combinado con distintos porcentajes de otros elementos que modifican sus propiedades. Se puede afirmar que el primer pueblo que utilizó masivamente el hierro fueron los hititas, en Asia Menor, hace 3.700 años. A partir de allí y hasta fines de la Edad Media, no hubo grandes avances en la Tecnología siderúrgica. Sólo a partir del siglo XIX se comenzaron a inventar los procesos de fabricación que permitieron su producción en gran escala y de mejor calidad, hecho que coincide con la Revolución Industrial. Estos materiales son ampliamente utilizados en la fabricación de satélites de comunicaciones, aviones, automóviles, trenes, submarinos, etc. Asimismo, en nuestro hogar encontramos multitud de productos que, bien parcialmente o en su totalidad, han sido construidos empleando algún metal ferroso, tales como cucharas, cuchillos, lavadoras, planchas, ordenadores etc. En la industria, los metales ferrosos han tenido y siguen teniendo una aplicación muy amplia, que va desde la fabricación de herramientas y maquinas-herramientas (tales como taladradoras, herramientas de mano, herramientas para la agricultura y otras), hasta la propia construcción de sus instalaciones. Características.  Tiene una superficie brillante aunque la mayor parte de ellos suele oxidarse con suma facilidad  Conduce muy bien el calor y la electricidad.  Proceden de minas (del interior de la tierra) y posteriormente en general, han sido fundidos y refinados para separarlos de otros materiales e impurezas.  Tiene una gran dureza. Estructuras de los metales. Para poder entender mejor el proceso de elaboración del hierro, es necesario conocer cuáles son las características generales de los metales, grupo al cual pertenece este material. Los metales, en general, son sólidos a temperatura ambiente -salvo el caso del mercurio, conducen la corriente eléctrica y se caracterizan por la forma en que se disponen sus átomos. Éstos adquieren estructuras geométricas espaciales, donde cada átomo se ubica en un vértice o en el centro de un poliedro, las cuales se repiten en tres direcciones y dan forma a los cristales. Los metales se diferencian entre sí por el ángulo que delimitan sus cristales y por los planos de las caras de los poliedros, que son distintos en cada caso.

16/08/2013

Hoja Nº 6 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Estos parámetros permiten la identificación rápida de un metal mediante técnicas cristalográficas. El tipo de estructura cristalográfica que tenga el metal definirá sus propiedades físicas, es decir, la densidad, la dilatación térmica, el calor de fusión, el magnetismo, el potencial electroquímico, la resistividad, etcétera. Además, como las estructuras cristalinas nunca son del todo perfectas, las imperfecciones influyen en las propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas de un material. Los metales puros, o sea con estructura cristalina de átomos iguales, son muy difíciles de obtener y en general no tienen aplicaciones tecnológicas. Por eso casi todos contienen, en forma natural o artificial, átomos de elementos extraños. A estas mezclas de metales modificados se las denomina aleaciones. En sus estructuras cristalinas, uno o varios átomos del metal se reemplazan por los del elemento agregado. Con las aleaciones se consigue modificar las propiedades de los metales para lograr distintas características; éstas tienen diversos usos industriales. A continuación se mencionan los principales elementos capaces de formar aleaciones con el hierro. Sistemas cristalográficos, celdillas elementales -Cúbico

-Tetragonal

-Monoclínico

16/08/2013

Hoja Nº 7 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

-Ortorrómbico

-Triclínico Romboédrico.

-Hexagonal

Yacimientos. La profundidad de los yacimientos depende de la formación geológica. Hay yacimientos superficiales o pocos profundos o sea a pocos metros de la capa de tierra, que son los yacimientos a cielo abierto. Luego están los yacimientos que tienen mucha profundidad y que serian necesarios túneles y galerías.  YACIMIENTOS A CIELO ABIERTO: En el yacimiento a cielo abierto permite el empleo de grandes excavadoras y palas mecánicas con los cuales solo hay que retirar la capa de la tierra que recubre el yacimiento y luego retirar el mineral. Los yacimientos se hacen por escalones.  YACIMIENTOS PROFUNDOS: En el yacimiento profundo requiere grandes kilómetros de túneles y galerías desde donde se necesita extraer el mineral. Pero al mismo tiempo es necesario al apuntalamiento de las galerías y el cegado de las mismas, mediante tierra y escombros proveniente de las materias terrosas o rocosas, separadas del mineral o de otros lugares.

16/08/2013

Hoja Nº 8 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Reservas Mundiales. Los datos que se disponen actualmente son dispares entre si y no se pueden dar cifras muy exactas. Reservas comprobadas: se estiman las reservas comprobadas de mineral de hierro económicamente utilizables es en un 60.000 millones de toneladas.

AMERICA EUROPA ASIA AFRICA-AUSTRALIA

Millones de toneladas de mineral 150.OOO 80.000 30.000 10.000

Millones de toneladas de hierro puro 55.000 25.000 15.000 5.000

Minerales de origen. Los metales se encuentran en la naturaleza en dos formas: libres, como la plata o el cobre, y combinados con otro elementos químicos. El hierro pertenece a esta última clase, ya que aparece combinado generalmente con oxígeno o azufre. Las formas más comunes de minerales de hierro en la naturaleza son: • el oligisto (Fe203), que contiene entre un 60 y un 70% de hierro y que es el más utilizado.

• la magnetita (Fe304), que es más difícil de trabajar por lo que con frecuencia se la transforma en oligisto por medio de calcinación.

16/08/2013

Hoja Nº 9 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

• los sulfuros de hierro, o pirita, que no tienen mucha utilidad ya que su contenido de azufre produce efectos no deseados.

Estos minerales se encuentran en la naturaleza mezclados con impurezas y se presentan en forma rocosa. La parte útil de la roca (el mineral) se denomina mena, mientras que las impurezas reciben el nombre de ganga. Según su localización, hay diferentes formas de extraer el mineral, como las canteras o excavaciones a cielo abierto y las minas de galería. A continuación, se resumen los procesos que determinan si es rentable la extracción de estas rocas. • Situación geográfica. Profundidad, consistencia; de las tierras, facilidad de transporte, etcétera. • Forma de extracción requerida. Cantera, mina y otras. • Naturaleza y calidad de la ganga y de la mena. Se considera, por ejemplo, que debe existir en la mezcla un contenido mínimo de hierro de entre el 40 y el 50 %, y que la ganga no debe contener azufre, fósforo ni arsténico. • Factores sociales y económicos. Oferta y demanda reales.

16/08/2013

Hoja Nº 10 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Una vez extraída la mezcla rocosa, se separa la mena de la ganga mediante el proceso denominado concentración, que consta de cinco etapas. 1. Lavado con agua a presión. 2. Eliminación del agua y de las sustancias volátiles por medio de la tostación. 3. Trituración o molienda y posterior cribado. 4. Separación del material de hierro por procesos magnéticos o por flotación, los cuales aprovechan las propiedades físicas del hierro, por ejemplo, su capacidad magnética o su mayor peso específico respecto de la ganga. 5. Sintetización, proceso que consiste en moler el material y aglomerarlo en masas compactas por medio de calor y presión. El resultado de este proceso es un material casi puro que se utiliza como materia prima en los altos hornos. Allí es donde empieza la fabricación de los materiales férricos propiamente dichos. Lavadora El mineral es depositado en una tolva, por el que cae en una cinta transportadora, que es sumergida en agua. El agua desprende las partículas de tierra del mineral, y el mineral sale por la rotadora y se deposita en un contenedor. La tierra separada se va depositando en el fondo de la lavadora, y es limpiada por la presión que ejerce el agua que ingresa a presión. Es decir, el agua ingresa por un soplante ubicado en el fondo de la lavadora, y lleva al desperdicio al otro extremo de la lavadora. La fuerza de la presión del agua, hace que el „barro‟ formado, ascienda junto al agua a la boca de salida, que se encuentra en la parte superior de la lavadora.

Molido reducción de tamaño

16/08/2013

Hoja Nº 11 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

De acuerdo con lo requerido para un buen funcionamiento del horno. En esta operación pude intervenir cilindros trituradores. Estirados o con dientes, trituradores a mandíbulas, trituradoras a tambor excéntrico. Trituradora de cilindros. Es una instalación formada por cuatro cilindros; dos en la parte superior y otros dos en la parte inferior. Los dos superiores están colocados a mayor distancia entre sí que los dos inferiores. Un sistema de palancas permite acercar los cilindros. Uno de cada parte es fijo, el otro es móvil lo que hace a la separación entre los cilindros graduables entre ciertos límites. Dos contrapesos mantienen esta separación en una forma relativamente elástica, como para evitar roturas cuando el mineral es excesivamente duro.

Trituradoras a mandíbula. Es una máquina de mayor producción que la anterior. El mineral sale de una tolva y cae entre las mandíbulas en donde una de las cuales es fija y la otra móvil. El movimiento es producido por un árbol provisto de una excéntrica que lo comunica a su vez a una biela y esta a un brazo que acciona la mandíbula. un sistema de cuñas regula la amplitud del movimiento. Un resorte absorbe los golpes bruscos. El volante almacena la energía sobrante y la devuelve en los estantes de trabajo. Como consecuencia del movimiento recibido por el árbol y transmitido a la mandíbula, esta ejecuta un movimiento de vaivén

16/08/2013

Hoja Nº 12 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

triturando el material que cae desde la tolva.

Trituradora a rotación excéntrica. En esta máquina el mineral cae desde la tolva (1) en formas muy robustas, dentro de la cual se mueve una nuez (2) en forma de tronco de cono. Ella está colocada libre sobre un árbol móvil (3) fijado en su extremo superior, y colo0cado excéntricamente en una cavidad que presenta una rueda dentada cónica con grades dimensiones (4), cuyo movimiento de rotación es provocado por el piñón (5) y el eje de este piñón por medio de un juego de poleas (6) y (7), loca y fija, respectivamente, las que reciben el movimiento mediante correa desde un motor. Al producirse el movimiento pendular cónico, la nuez tritura al mineral que cae desde la tolva, aplastándolo contra las paredes de la misma. Para ello la superficie de la nuez presenta estrías o acanaladuras según las generalidades de su conicidad.

16/08/2013

Hoja Nº 13 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Molino de bolas Como una pieza componente de los equipos para procesamiento de minerales, el molino de bolas es usado principalmente por las concesiones de beneficio, materiales construcción, e industrias químicas. El molino de bolas es ideal para moler minerales en seco y húmedos. De acuerdo con los diferentes métodos de descarga, el molino de bolas puede ser molino de bolas de rejillas o molino de bolas de desbordamiento. Principio de funcionamiento: Nuestro molino de bolas posee una estructura cilíndrica tubular de posición horizontal. Se encuentra equipado con tres cabinas y es un molino de bolas de rejillas. Los materiales son alimentados de forma uniforme a través del dispositivo de carga al primer depósito en donde hay diferentes especificaciones de bolas de acero. Cuando el cilindro rota, la fuerza centrifuga producida causa que las bolas de acero impacten y trituren los materiales dentro del molino de bolas. Los materiales son llevados luego a la segunda cabina para trituración más fina hasta que son convertidos en polvo y descargados por la boca de salida. Rango de aplicaciones: El molino de bolas es un equipo para el procesamiento de minerales para la pulverización de materiales luego de proceso de trituración. Son aplicados principalmente en la producción de cementos, silicatos, materiales de construcción, materiales a prueba de fuego, fertilizantes, vidrio, cerámicos así como metales ferrosos y no ferrosos. Puede llevar acabo procesos de molienda en materiales secos y húmedos.

Separación magnética. Se aplica especialmente cuando el mineral es pobre. Hay un tambor electromagnético que atrae las partículas de mineral dejando caer en porciones con mucha ganga. Hay un

16/08/2013

Hoja Nº 14 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

rodillo rascador que separa las porciones ricas que continúan adheridas, mientras en comportamientos intermedios caen minerales de contenido medio. Separador Rotativo. Es un separador magnético rotativo, que permite seleccionar los minerales, previo utilizarlos en altos hornos. El separador está compuesto de un tambor giratorio, que a la vez es un electroimán. El mineral llega al tambor y se lo deposita sobre el a medida que gira lentamente. Las partes terrosas caen en el primer contenedor (A); las muy ricas quedan adheridas al tambor, y son separadas por un rodillo dentado (R), depositándolo en el último contenedor (D). Este permite clasificar al mineral estéril en el contenedor (A); al mineral pobre en el compartimiento (B); el mediano en (C); y al rico en (D).

Separador Gröndal. Cuando el mineral es muy pobre se utiliza este separador magnético por vía húmeda. El mineral llega por (1) y cae a una cuba con agua. El tambor rotativo (2), que posee un potente electroimán, establece una circulación del mineral hacia la izquierda. El mineral pobre sobrenada y pasa del compartimiento (3) al (4). El mineral rico se adhiere al tambor y cae en (5) por la acción de un tabique (6) que lo separa. El mineral pobre sale por (7) y el estéril por (8) con parte del agua.

16/08/2013

Hoja Nº 15 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

AGLOMERACION O BRINQUETADO El mineral de tamaño reducido y polvuriento, como el que se produce durante los procesos de preparación mecánica, no puede cargarse en el alto horno sin que provoque inconvenientes en su funcionamiento. Por este motivo se le realiza un proceso de aglomeración para poder utilizarlo, que se puede realizar de diversa formas:



Formando una pasta con un cemento: Se utiliza cemento de escoria, mezclado con el mineral y agua y con esta mezcla se realizan brinquetas que luego de dejarse secar están listas para ser utilizadas.

雷 Formando una pasta con cal: Se realiza brinquetas de forma similar a la anterior con la diferencia que se utiliza cal como elemento cementante, por lo tanto se requiere que los materiales se encuentren a una temperatura mínima entre los 500 y 600°C

雷 Formando una pasta por absorción: En este procedimiento se coloca una capa de mineral de 50 a 60 mm de espesor, mezclado con carbón de coque en polvo y aceite mineral, sobre una superficie con agujeros a través de los cuales circula aire, que le da al producto una textura porosa. Esto se enciende y con la combustión se produce una escorificación parcial, durante la cual el oxido de hierro forma con el trióxido de manganeso y el dióxido de silicio compuestos que actúan como cementantes. Basado en estos principios se han creado diversos instalaciones y procedimientos:

雷 Procedimiento Weiis. Este procedimiento utiliza acción del anhídrido carbónico sobre la cal. Una vez realizadas las brinquetas, se las coloca en vagonetas colgantes que se introducen en una caldera de endurecimiento. El anhídrido carbónico es inyectado en la caldera a alta presión y una vez que se considere suficiente la acción del gas frío, se somete a las brinquetas a la acción de acido carbónico. Durante este proceso la

16/08/2013

Hoja Nº 16 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

cal se conviete en carbonato y liga así las partículas del mineral dándole consistencia. Con este procedimiento se aprovecha el polvo proveniente de la depuración seca del gas de alto horno.

‫ﯓ‬

Procedimiento Gröndal

Este procedimiento se realiza sin la utilización de un ligante, utilizando únicamente polvo de mineral y agua se realizan las brinquetas, se las seca y luego se las apila en vagonetas que ingresaran en un horno de galería. La unión de las partículas se produce por la temperatura “fritado” a una temperatura de 1400°C. Este procedimiento tiene la ventaja de disminuir el contenido de azufre en proporciones casi insignificantes. Dentro del horno el calor es producido por el gas que se emplea para producir llamas largas que recorren el horno longitudinalmente. El conducto de evacuación de gases y el de entrada de aire se encuentran uno en la parte superior y el otro en la inferior y la vez en el extremo opuesto al ingreso de gas.

‫ﯓ‬

Procedimiento Dwight Lloyd

Es un procedimiento mecánico continuo que permite obtener automáticamente grandes cantidades de fisnter. El polvo es descargado paulatinamente sobre una cinta mecánica sin fin, en ella el mineral es expuesto a quemadores que provocan la combustión indispensable para el “fritado”. El producto de este proceso se utiliza para enriquecer las cargas del alto horno. Este sistema remplaza muy ventajosamente a cualquier instalación de brinqutas, por la simplicidad de su instalación y por su rendimiento económico.

16/08/2013

Hoja Nº 17 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

CALCINACIÓN Los minerales de hierro formados por carbonatos, se calcinan para transformarlos en oxido férrico anhídrido, sino no pueden ser cargados en el horno. La calcinación puede hacerse al aire libre o en hornos de cuba:

‫ﯓ‬

Al aire libre: Es el procedimiento más antiguo. Ya no es utilizado por sus resultados poco satisfactorios y el costo de mano de obra. Sobre una superficie plana formada por placas de fundición, se coloca extendido el mineral y carbón y se enciende.

‫ﯓ‬

Calcinación en hornos de cuba: El horno de cuba es una construcción troncocónica de mampostería, revestida interiormente de ladrillos refractarios y exteriormente sunchada para aminorar los efectos de la dilatación por la temperatura. Por la boca superior se carga mineral y combustible. La combustión se inicia antes de la cargarlo y luego se propaga en todo el horno. El aire penetra por la parte inferior mediante conductos (1) el cual puede graduarse. Por las puertas de descarga (2) se retira el mineral cada 6 a 12 horas se agrega mas carga por la boca.

16/08/2013

Hoja Nº 18 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Este tipo de horno a combustible sólido, ha sido suplantado por el horno de calcinación a gas o a gasógeno. En ambos casos

Este horno es del tipo Creusot, está formado por una cámara de pre calentacion (1), la cámara de tostación (2) y un conducto por el cual ingresa el aire y se descarga el mineral. El mineral es cargado por la boca, se calienta gradualmente al descender y al caer en la cámara inferior forma un recinto anular o cámara de combustión. El aire penetra por 3, se calienta por el roce con el mineral calcinado de la zona 2 llegando al recinto anular de combustión 4 forma con el gas una cintura de llamas que provocan la tostación gradual del mineral contenido en la cuba superior 1. Las aberturas5 permiten observar la marcha de la calcinación y remover la masa, evitando que se trabe con las paredes. EL mineral es retirado por 3 al estado de oxido férrico (Fe2O3) Ventajas de la calcinación de los minerales:

‫ﯓ‬ ‫ﯓ‬

El calor necesario para realizar la operación puede ser suministrado por un combustible de bajo costo como el gas de alto horno. El desprendimiento del agua y demás sustancias volátiles, convierte al mineral a un estado de mayor porosidad.

16/08/2013

Hoja Nº 19 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Alto Horno. Un alto horno es una estructura con forma de dos conos truncados -la cuba y el vientre-, de paredes refractarias de 2,5 m de espesor y que mide de 40 a 60 m de altura. Su uso requiere de personal calificado que vigile el proceso para asegurar la calidad del arrabio. La forma cónica superior se justifica por que asi se facilita el descenso de las cargas evitando obstrucciones y se mantiene la velocidad de ascenso de los gases que van disminuyendo su volumen al disminuir su temperatura. La forma cónica inferior se justifica por que allí ya todo lo que fluye se ha licuado (escorias y hierro), y, en consecuencia, hay disminución de volumen que debe compensarse de manera que el descenso no resulte demasiado rápido para que haya el tiempo y contacto necesario para que se efectúen las reacciones. Por el tragante se cargan el mineral, el carbón y el fundente (piedra caliza) en capas alternadas. El carbón ( carbón de coque o de leña) tiene dos misiones: como combustible para el calentamiento, como elemento activo para la reducción de mineral. El fundente se llama así porque se combina con la ganga rebajando su punto de fusión y formando las escorias, de fácil eliminación. El proceso se inicia con la combustion del carbón en la parte superior del crisol, que se realiza con el aire precalentado que ingresa por las toberas,a cerca de 600° C: C + O2= CO2 se formó anhídrido carbónico que al ascender a traves de las capas de carbon forman CO: CO2 + C = 2 CO Que es el gas activo para producir la reducción. El mineral, combustible y fundente una vez introducidos en la parte superior del horno, se secan, van descendiendo y , en contracorriente, ascienden los gases ricos en CO; en la parte superior de la cuba reaccionan produciéndose la reduccion del mineral: Fe2O3 + 3 CO= 3 CO2 + 2Fe Los minerales de Mn que hay presentes, aquí se reducen también al MnO. En las partes bajas de la cuba se produce la reduccion directa de los oxidos por el carbón:

16/08/2013

Hoja Nº 20 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Fe2O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO La piedra caliza se disocia asi por el calor: CO3 Ca = CaO + CO2 Los oxidos de calcio y de manganeso reacionan con la silice para formar la escoria: MnO + C = Mn + CO SiO2 + 2 C = Si + 2 CO P2O5 + 5C = 2P + 5 CO El azufre tiene mas afinidad por el manganeso y forma preferentemente SMn, y el resto reacciona con el hierro formando SFe con el óxido de calcio se produce la desulfuración: SMn + CaO + C = CO + SCa + Mn SFe + CaO + C = CO + SCa + Fe

y los sulfuros de calcio formados se eliminan con la escoria; la desulfuración no es total. El metal fundido cae al crisol y se separa de la escoria que sobrenada; de tanto en tanto se extrae la escoria liquida por el escoriadero o bigotera, situada en la parte superior del crisol, y el arrabio liquido por la parte inferior o piquera (sangrado del horno) dirigiéndose a huecos practicados en ñla tierra para hacer los lingotes ( o también a lingoteras metálicas contínuas) o se lleva en vagones termos para fabricar el acero. El gas que sale del alto horno se lleva a las torres de Cowper formadas por conductos construidos con ladrillos refractarios; allí, en la camara interior se inyecta aire para la combustion de gas, y luego de recorrer los conductos sale a la chimenea; puede hacerse trabajar en serie. Una vez que los conductos se han calentado, se pasan el gas por la otra torre ya calentada y así ingresa precalentado, por las toberas al alto horno. Partes del alto Horno. Zona superior. En esta parte se encuentra el tragante, por el que se introducen las materias primas, y un sistema de escape de los gases generados durante el proceso. Los materiales que se vierten por el tragante son: • la ganga, o mineral de hierro resultante del proceso de concentras ión; • el carbón de coque, que actúa como

16/08/2013

Hoja Nº 21 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

combustible y se combina con el hierro; • el fundente, que tiene como función elevar la temperatura del proceso y formar una mezcla con toda la escoria. Zona de reducción de óxidos: En la parte superior de la cuba tiene lugar la reducción y lá eliminación de los óxidos del material introducido, tras lo cual se obtiene el hierro puro. Su temperatura está comprendida entre 200 y 400 °C. Zona de absorción de calor: Denominada también cuba, en esta zona se funde la escoria; la temperatura oscila entre 400 y 1.200 °C. Zona de fusión: Llamada también vientre, es la zona más ancha del horno, y se encuentra 1.500 °C. Aquí se funde el hierro y se combina con el carbono para formar el arrabio, aleación que posee un alto porcentaje de carbono e impurezas y que será utilizada en procesos posteriores para la obtención de fundiciones o aceros. Zona de etalajes: Se encuentra debajo de la zona de fusión; se introduce en ella aire caliente (700°C) a través de las toberas. El oxígeno del aire se combina con el carbón de coque y forma monóxido de carbono, que asciende y sirve para la reducción del mineral de hierro en la parte superior del horno. Zona de crisol: Es la parte más baja del alto horno, donde se depositan el arrabio y la escoria. Esta última, por ser más liviana, flota sobre el arrabio y se recoge por la piquera de escoria. Más abajo está la piquera de arrabio, por donde es conducido hasta las cucharas de recolección.

Materia prima del alto horno. Mineral de hierro.

16/08/2013

Hoja Nº 22 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

El mineral de hierro se extrae de una mina normalmente no se encuentra en estado puro, sino combinado (formando compuestos quimicos) con otros minerales de la naturaleza diversa. A pesar de la abundancia de mineral de hierro en la naturaleza solo se aprovechan dos tipos en la industria: los oxidos y el carbonato. La importancia industrial de un yacimiento depende de muchos factores y varía con las diferentes tecnologías de cada momento. Los minerales actualmente utilizados en siderurgia tienen una riqueza en hierro del 50% al 65%, si bien se explotan yacimientos con riquezas en hierro comprendidas entre el 40% y el 70%. El primer tratamiento que se debe hacer es separar el mineral de hierro denominada mena de la parte despreciable (tierras, rocas, cal, sílice, etc.) denominada ganga. Ello se lleva a cabo mediante una serie de tratamientos preliminares en los que se trituran el mineral y luego se separa por diversos procedimientos (magnetismo y flotación).

Carbón de coque. De todos los carbones disponibles, solo algunos tipos de hullas son aptos para la fabricación del coque; son las denominadas hullas grasas y semigrasas de llama corta, con un contenido en materias volátiles comprendiendo entre el 22% y el 30%. Además, estas hullas deben disponer de contenidos de azufre inferiores al 1% y contenidos en cenizas por debajo del 8%.

La misión del carbón de coque es:

‫ﯓ‬

Producir, por combustión, el calor necesario para las reacciones químicas de reducción (eliminación de oxígeno), así como para fundir la mena dentro de un horno especial, denominado horno alto.

‫ﯓ‬

Soportar las cargas en el alto horno.

‫ﯓ‬

Producir el gas reductor (CO) que transforma los óxidos en arrabio.

‫ﯓ‬

Dar permeabilidad a la carga del alto horno y facilitar el paso del gas.

El proceso de coquización, es decir, la transformación de la hulla en carbón de coque, y se lleva a cabo en instalaciones especiales denominadas baterías de coque.

16/08/2013

Hoja Nº 23 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Los fundentes. A pesar de que el mineral de hierro ya ha sufrido un tratamiento preliminar en el que se reduce parte de la ganga existente, siempre quedan impurezas (ganga) unidas al mineral que es preciso eliminar. Estas impurezas deberán concentrarse en una escoria que sobrenade en el metal fundido. Raras veces la composición de la ganga es la adecuada para formar la escoria (escoria autofundente), por lo que es preciso añadir fundente, formado por piedra caliza, cuya función principal es:  Bajar el punto de fusión de la ganga haciendo que la escoria se encuentre fluida.  Reaccionar químicamente con las impurezas (ganga) que contiene la mena, en el momento en que se encuentra en estado liquido, dentro del alto horno, arrastrándolas hacia la parte superior, formando lo que se denomina escoria.

Proporciones de materia prima en al alto horno. Mineral de hierro…………………………………………………………………… 2Tm Carbón de coque…………………………………………………………………... 1Tm Fundente…………………………………………………………………………….. 1/2 Tm

Procedimientos de obtención de arrabio. Ascenso. La vagoneta sube la carga de la ganga (mineral de hierro), carbón de coque y el fundente. Carga. Las materias primas se depositan en la tolva receptora y caen por la campana. Oxigenación. Se inyecta un soplo de aire caliente a través de las toberas.

16/08/2013

Hoja Nº 24 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Reacción. El coque entra en combustión y eleva la temperatura de la carga. El mineral de hierro se funde, y se deposita en el fondo del horno. Extracción de la escoria. Se retira cada dos horas por la piquera correspondiente ya que esta se encuentra flotando sobre el arrabio o hierro fundido. Control. Antes de la colada, un operario extrae muestras de la carga para efectuar controles de calidad. Colada. Se abre la puerta y el arrabio fluye por la canaleta hasta el vagón térmico. Se pueden realizar 5 o 6 coladas al día. Por último el vagón vierte parte del arrabio en una cuchara que será trasladada a la acería. El resto se reserva para producir lingotes de hierro. Depuración de gases. Un sistema de estufas calienta el aire recibido de los turbosoplantes a temperaturas de 980°C.Estas estufas utilizan como combustible gas proveniente del alto horno, convenientemente depurado. El aire calentado por las estufas es inyectado al horno a través de las toberas. El proceso se compone de: - Colector de polvos. - Estufa que quema gases. -Estufa que calienta el soplo de aire. -Salida de gases depurados. Según la utilización del gas puede depurarse de diversas maneras. Esta puede ser hecha en seco o en húmedo. En el primer caso, puede resumirse a dos: a- Depurador vertical o Tubos de Maccosch: Consiste en dos tubos paralelos comunicados entre si de

16/08/2013

Hoja Nº 25 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

trecho en trecho, con el objeto de producir una circulación de zigzag. El polvo se acumula en los rincones sin salida, y es extraído por puertas laterales.

b- Depurador horizontal por gravedad: La decantación del polvo se produce por gravedad. Los gases recorren un largo tubo con dimensiones interiores de más de dos metros de diámetro y que recoge el gas procedente de dos o más altos hornos. El polvo cae en la parte horizontal inferior y cuando su peso presiona sobre la tapa a contrapeso y vence la acción de este, el polvo cae en vagonetas dispuestas debajo del tubo.

Estos son procesos simples, y no requieren gasto de energía. La depuración húmeda se da en una recamara que consta de rociadores dispuestos en diferentes pisos. Estos rocían al gas que ingresa por un conducto inferior, y las partículas impuras, como las terrosas, comienzan a adquirir mayor peso a causa de la humedad, por lo que caen al fondo de la recamara, y el gas a ser liviano, continua su circulación por el conducto superior.

Pasado por estas depuraciones el gas es dirigido a unos precipitadores electroestáticos, donde se halla un electroimán que atrae a las partículas metálicas que pueda contener el gas.

16/08/2013

Hoja Nº 26 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

ESTUFAS COWPER. Los recuperadores se utilizan para calentar el aire precio ingresar en el alto horno. Una torre recuperadora Cowper está formada por un cilindro de mampostería refractaria. En ella existe una cámara de combustión circular (2). Al costado de la cámara se encuentra un compartimiento conformado por ladrillos refractarios apilados con agujeros coincidentes en sentido vertical, por los que atravesara el aire tomando su calor. Los ladrillos están apoyados sobre bóvedas que los sostienen. En la cámara de combustión desembocan dos tubos, y por el cual sale el aire al alto horno y el otro trae gases depurados en seco y cada conducto tiene su correspondiente válvula. EL funcionamiento consta de dos etapas: - Calentamiento del ambiente - Calentamiento del aire En la primera fase el gas depurado en seco ingresa por 3 en la cámara de combustión y se inflama debido a la temperatura existente, el aire necesario para la combustión ingresa a su vez por 5 reguladamente. Los grandes humos que resultan atraviesan los conductos verticales cediendo su calor a los ladrillos refractarios y en la base salen por un conducto de humos hacia la chimenea. En la segunda fase, el aire frio entra por 4, atraviesa los conductos de los ladrillos, se calienta por el contacto con ellos y penetra por la cámara de combustión y se dirige por el conducto de aire caliente a una temperatura de 800°C La inversión se hace cuando la temperatura desciende aproximadamente hasta los 50°C.

16/08/2013

Hoja Nº 27 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Las fundiciones. Las fundiciones son compuestas de hierro que se obtienen del arrabio y que contienen un porcentaje de entre el 2 y el 5 % de carbono, aproximadamente. En general son frágiles y duras, resisten malla tracción pero muy bien la compresión, por lo que tienen usos limitados, como los que se observan en las fotografías. De acuerdo con sus características, se clasifican en fundiciones blanca, gris, maleable y dúctil. En el diagrama de hierro-carbono se observa que a medida que aumenta el contenido de carbono hasta un máximo del 4,6 %, disminuye la temperatura de fusión de la aleación. Por eso las fundiciones, y valga la redundancia, son más fáciles de fundir y moldear que los aceros y son especialmente aptas para la fabricación de piezas de formas complicadas que puedan realizarse con moldes. Clasificación de las fundiciones. Se hace atendiendo al aspecto de la fractura (color y forma que tiene cuando se rompe), propiedades y composición.

16/08/2013

Hoja Nº 28 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Blanca -Ordinarias

Gris Atruchada

-Aleadas blanca

FUNDICIONES

Maleables

-Especiales

negra o americana

Perlítica

Grafito esferoidal o nodular

Fundiciones ordinarias Están constituidas, solamente, por hierro y carbono, dentro de ciertos límites. Además de ellos, también pueden contener pequeñas impurezas, en cantidades inferiores indicadas en la tabla adjunta. Tienen el inconveniente de que no se pueden forjar. Elemento Níquel (Ni)

% 0,3

16/08/2013

Hoja Nº 29 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Cromo (Cr) Cobre (Cu) Titanio (Ti) Vanadio (Va) Molibdeno (Mo) Aluminio (Al)

0,2 0,3 0,1 0,1 0,1 0,1

Por el aspecto que presenta su fractura, se pude clasificar en: Fundición blanca. En la fundición blanca o de primera fusión, el carbono está combinado con el hierro en forma de cementita (Fe3C) que al romperse le da un color blanco. Procede directamente del alto horno y su contenido de carbono varía entre el 2,5 y el 3 %. Es un material frágil, duro y difícilmente mecanizable. Se utiliza para piezas mecánicas con fuertes desgastes pero que no sufren tensiones mecánicas como, por ejemplo, zapatas de freno de maquinarias pesadas y rodillos laminadores, o como materia prima para elaborar otras fundiciones y aceros. Características. -La dureza es muy alta, varía entre 300 y 400 unidades Brinell. -Su densidad es de 7,7 kg/dm³. -La contracción que experimenta en el enfriamiento es muy alta, unos 18mm por metro. - Son casi imposible mecanizar.

Fundición gris. En la fundición gris, o de segunda fusión, el carbono (3 a 3,5 %) se encuentra en forma de láminas de grafito, las cuales le confieren un color gris. Se obtiene mediante la fusión del arrabio con la chatarra y el fundente en un horno de cubilote, que es similar al alto horno

16/08/2013

Hoja Nº 30 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

pero de menor escala. Es un material frágil que no sirve para forjar ni soldar, pero es mecanizable y muy maleable. Además, es (fe bajo costo y se lo usa muchísimo para fabricar, sin asistencia mecánica, piezas con formas complicadas. La única propiedad mecánica consiste en su buena capacidad de absorción de las vibraciones. Puede ser sometido a tratamientos térmicos sencillos que mejoren ligeramente sus propiedades. Características. -Dureza entre 200 y 250 unidades Brinell (HB). -Su densidad es de 7,25 kg/dm³. -Posee propiedades autolubricantes. -Es fácil de mecanizar.

Fundición atruchada. Sus propiedades son intermedias entre la fundición blanca y la gris. Recibe este nombre por el color parecido al de las truchas.

Fundiciones aleadas.

16/08/2013

Hoja Nº 31 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Se dice que una fundición es aleada cuando, además de hierro y carbono contiene los elementos indicados en la tabla adjunta, en proporciones mayores a las que se indican ahí. Las propiedades mecánicas que se obtienen son mejores que las de las fundiciones ordinarias. Elemento Níquel (Ni) Cromo (Cr) Cobre (Cu) Titanio (Ti) Vanadio (Va) Molibdeno (Mo) Aluminio (Al)

% 0,3 0,2 0,3 0,1 0,1 0,1 0,1

Fundiciones especiales. Se obtienen a partir de las fundiciones ordinarias, mediante tratamientos térmicos adecuados o añadiendo algún elemento químico.

16/08/2013

Hoja Nº 32 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Fundiciones maleables. La fundición maleable es un subproducto de la fundición blanca a la que se trata térmicamente para darle cierta ductilidad y maleabilidad, con lo que disminuye su fragilidad y aumenta la posibilidad de deformación. Se usa para piezas complicadas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos, como soportes de elementos de máquinas, cajas de rodamientos, elementos de conexiones hidráulicas, etcétera.

Estas fundiciones se clasifican en:

Fundición maleable de corazón blanco. El proceso de obtención de estas fundiciones se lleva a cabo en dos fases: 1° se fabrican las piezas en fundición blanca. 2°las piezas de fundición blanca son sometidas a un recocido de maleabilización, que consiste en recubrir las piezas con un material oxidante (que puede ser mineral de hierro) en cajas cerradas que se calientan en un horno a temperaturas, entre 900°C y 1000°C, durante unos diez dias. Luego se enfrían lentamente. Resultado: con ello se elimina parte del carbono (descarburación) de las piezas, con lo que se mejora la tenacidad y el alargamiento. Fundición maleable de corazón negro. 1° se fabrican las piezas en fundición blanca. 2° se someten las piezas a un recocido de maleabilización, recubriéndolas de un material de un material neutro (arena), dentro de cajas cerradas, a una temperatura de de unos 875°C, durante unos 6 dias. 3° luego enfriar lentamente (tardaría unos 6 dias en pasar de 875°C a temperatura ambiente)

16/08/2013

Hoja Nº 33 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Resultado: parte del carbono se convierte en esferas de perlita. El resultado es una fundición con una mejor resistencia a la tracción y un alargamiento mayor. Maleable Perlítica. Es una variante moderna de la fundición maleable de corazón negro. La diferencia resude en que en esta el enfriamiento es mucho más rápido. Fundición de grafito esferoidal o nodular. Finalmente, la fundición nodular se obtiene mediante el agregado de níquel o magnesio a la fundición gris. Estos elementos hacen que el grafito adquiera estructura nodular, que proporciona características similares a la fundición maleable pero con mayor resistencia mecánica y buena ductilidad. Adopta formas complicadas, se trabaja fácilmente en máquinas y puede ser moldeada. Con menores costos de producción, alcanza propiedades cercanas a las de los aceros. En ciertos casos puede llegar a un ahorro en los costos del 60%. Por eso es especialmente apta para elementos sometidos a altas presiones, por ejemplo, carcasas de bombas, turbinas y conducciones hidráulicas. Conglomerados férreos. Son productos (pequeñas piezas) formados por la unión entre sí de distintos materiales férreos, en polvo, a los que se comprime en un molde, a altas presiones y temperaturas a un poco inferiores a la de fusión, obteniéndose una masa compacta. A esta técnica de obtención de piezas también se la conoce con el nombre de sinterizado o metalurgia de polvos. El proceso que se describe a continuación se emplea igualmente para la obtención de conglomerados metálicos no férreos, tales como bronces sinterizados, aluminios, etc. Proceso de obtención. La metalurgia del polvo o sinterizado tiene como objetivo la obtención de piezas de gran precisión (como tolerancias de 0,1 hasta 0,01 mm), a partir de polvos de los materiales que la van a formar, comprendiéndolos en un molde a altas presiones y sometiéndolas a una temperatura (un poco inferior a la de fusión de los materiales que la forman). Las fases de que consta el proceso son: A-obtención de los polvos. Existen dos métodos: 1° molido: se emplea cuando se parte de metales o materiales frágiles o partiendo de óxidos que una vez molidos se someten a una reducción química (transformación de óxidos en metal- proceso contrario a la oxidación-) que deja libre el metal.

16/08/2013

Hoja Nº 34 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

2° atomizado. Se pueden conseguir: c-

Dirigiendo una fuerte corriente de aire a presión sobre un chorro de metal liquido (en estado fundido).

d-

Dirigiendo un chorro de metal fundido contra un disco que gira a gran velocidad. En ambos casos el polvo se recoge en un recipiente con agua. El tamaño de las partículas oscila entre algunas milésimas de a decimas de milímetro. La elección del tamaño depende de las características de la pieza final a obtener. En cualquiera de los dos casos es recomendable emplear polvos del mismo tamaño.

B-Prensado. La compresión en frio de los polvos se lleva a cabo en matrices (moldes) de acero templado, cuidadosamente diseñadas y perfectamente pulidas, capaces de poder aguantar presiones de hasta 15 Tm/cm², según se quieran obtener piezas más o menos porosas (mayor o menor densidad). Para facilitar el prensado se añaden lubricantes sólidos, tales como el estearato de cinc. Con el prensado se consigue dar suficiente resistencia y cohesión al polvo (se ha generado una especie de soldadura entre los granos) para poder ser manipulado, en lo que se denomina .

C-Sinterizado. Las piezas en verde (una vez comprimidas), no tienen la suficiente resistencia, ni las propiedades de los materiales que los componen. Para ello es necesario aplicar al compuesto un tratamiento térmico, llamado sinterizado. Esto consiste en someter a la pieza a una temperatura próxima a la de fusión, en hornos de atmosfera reductora (para evitar que se produzca oxidación alguna). El tiempo de sinterizado suele ser de 20 a 120 minutos. Cuando se quieren obtener materiales con porosidad nula o casi nula, se suele emplear una variante de los procesos anteriores, consistente en comprimir el producto y al mismo tiempo someterlo a una temperatura próxima a la de fusión. Es decir, se combinan los dos procesos anteriores (prensado + sinterizado) en una sola operación.

16/08/2013

Hoja Nº 35 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

D- Acabado. Debido a las contracciones que sufren los materiales en la fase anterior, es necesario someter a las piezas sinterizadas a un proceso de calibrado final. Este proceso se puede llevar a cabo mediante alguno de los métodos siguientes:



Comprimir las piezas hasta unas medidas determinadas, un poco mayores a las definitivas.



Someter la pieza a una laminación final.



Mecanizar la pieza final por abrasión.

Aplicaciones de los materiales sinterizados. Tienen una gran aplicación en la industria actual. Cabe resaltar: 

Altamente porosos. En piezas para elementos de filtrado.



Porosos. Para la fabricación de cojinetes autolubricados.



Densos. Para la obtención de piezas de precisión.



Superdensos. Para la fabricación de plaquitas de metal duro (widias), como herramientas de corte, mecanizándolos con carburo de wolframio, cobalto o titanio, así como platinos para contactos de motores eléctricos.



Impregnados. Contienen elementos de relleno, capaces de favorecer la cualidad buscada. Por ejemplo, grafito, que favorece la lubricación.

16/08/2013

Hoja Nº 36 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Gráfico del proceso de obtención de los conglomerados.

Materia prima

Aditivos

Mezclador

Prensado

Sinterizado

16/08/2013

Hoja Nº 37 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Acuñado

Laminación

Mecanizado

Pieza final

Los aceros. Entre los productos siderúrgicos, los aceros son los materiales más utilizados ya que poseen buena plasticidad, maleabilidad y resistencia. Estas propiedades son modificables por aleación con otros materiales o por tratamientos térmicos o termoquímicos. Los aceros son compuestos de hierro que contienen entre 0,1 y 1,98% de carbono. Estos límites son aproximados y dependen de las normas de clasificación de cada país. Los aceros ordinarios contienen sólo hierro y carbono. En cambio, en los aceros especiales se adicionan uno, dos o tres elementos que les confieren características especiales. Por ejemplo, el acero inoxidable contiene pequeñas proporciones de cromo y, en menor cantidad, de níquel. El carbono es el elemento principal de la aleación (naturalmente, después del hierro, que suele ser más del 99%) que modifica extraordinariamente las características mecánicas del acero. Cuanto mayor carbono tiene un acero, mayor dureza y resistencia a la tracción, pero tiene el inconveniente de que es más frágil y menos dúctil. Los elementos adicionales que intervienen en una aleación, en la mayoría de los casos, son indeseables, tales como el fósforo y el azufre. En la práctica, la eliminación de estos y

16/08/2013

Hoja Nº 38 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

otros elementos resulta muy difícil. No obstante, el proceso de afinado (convertidor LD y horno eléctrico) se reducen a proporciones inofensivas (menores del 0,05%). Sin embargo, hay otros elementos que ayudan a la obtención de acero de mejor calidad y por ello hay que añadírselos (en forma de ferroaleaciones). Así por ejemplo, tenemos que el silicio y el manganeso, en proporciones pequeñas (entre el 0,1% y 0,8%), evitan la oxidación del acero cuando se encuentra en estado líquido (fundido). Clasificación de los aceros. En la práctica se suelen designar los aceros de dos formas distintas: atendiendo a su composición y mediante una designación convencional numérica. Por su composición química se clasifican en: Aceros no aleados. Dependiendo del porcentaje de carbono se suelen denominar: % de carbono

Nombre

Resistencia a la tracción

0,1 a 0,2

Acero extrasuave

38 a 48 Kg/mm²

0,2 a 0,3

Acero suave

48 a 55 Kg/mm²

0,3 a 0,4

Acero semisuave

55 a 62 Kg/mm²

0,4 a 0,5

Acero semiduro

62 a 70 Kg/mm²

0,5 a 0,6

Acero duro

70 a Kg/mm²

0,6 a 0,7

Acero duro

75 a Kg/mm²

 Extra dulce.

16/08/2013

Hoja Nº 39 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Tienen un porcentaje de carbono menor a 0,15%. Se utilizan en clavos, remaches, y piezas de forja.

 Dulce. Tienen un porcentaje de carbono que varía ente el 0,15 y el 0,30%. Se utilizan en la fabricación de ejes, bulones, chapas, perfiles, tirafondos, ángulos T, U, alambres, herramientas para labores agrícolas.

 Semidulce. Tienen un porcentaje de carbono que varía entre el 0,30% y el 0,40%. Se utilizan para fabricar arboles de transmisión, vástagos, ejes, piezas de forja, alambres, piezas moldeadas.

16/08/2013

Hoja Nº 40 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

 Semiduro. Tienen un porcentaje de carbono que varía entre el 0,40 y el 0,60%. Se utilizan para fabricar piezas moldeadas, armas, ejes arboles de transmisión, botellones de acero, etc.

 Duro. Tiene un porcentaje de carbono que varía entre el 0,60 y el 0,70%. Se utilizan para la fabricación de llantas, rieles, resortes, alambres, cuchillos, herramientas para trabajo de la madera, y herramientas para agricultura.

 Muy duro. Tienen un porcentaje de carbono que varía entre el 0,70 y el 0,80%. Se utilizan para fabricar herramientas, resortes, limas, sierras, rieles, cuchillería, obuses, herramientas de forja.

16/08/2013

Hoja Nº 41 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

 Extra duro. Tienen un porcentaje de carbono mayor al 0,80%. Se utilizan para fabricar alambres (cuerdas de piano), herramientas para cortar metales, resortes, etc.

Aceros aleados (o aceros especiales). Estos aceros, además de tener los elementos de los aceros al carbono (de 0,1% al 1,98% de carbono), contienen otros elementos en proporciones mayores que los de la tabla adjunta. Cada una de estos elementos modifica o mejora las propiedades mecánicas y térmicas de los aceros. Contenido límite para aceros no aleados Elemento

Contenido %

Aluminio

0,10

Bismuto

0,10

Boro

0,0008

Circonio

0,10

Cobalto

0.10

16/08/2013

Hoja Nº 42 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Cobre

0,40

Cromo

0,30

Manganeso

1,60

Molibdeno

0,08

Niobio

0,05

Níquel

0,30

Plomo

0,40

Selenio

0,10

Silicio

0,60

Telurio

0,10

Titanio

0,05

Vanadio

0,10

Volframio

0,10

Lantánidos

0,05

Otros (excepto P, C, N y O)

0,05

ACEROS AL NIQUEL

16/08/2013

Hoja Nº 43 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Se denomina aceros al níquel a la aleación ternaria de: Fe - C – Ni Según el porcentaje de cada elemento, la estructura que presenta esta dada por el grafico dado por Guillet.

La estructura perlitica se mantiene en el acero cuando el porcentaje de níquel está dentro de la zona indicada en la figura. La estructura martensitica se consigue con el porcentaje con el porcentaje de níquel necesario para cada porcentaje de carbono, por lo tanto resultan aceros autotemplantes. La estructura autensitica es la misma que posee el hierro por encima de los 900ºC y se obtiene simplemente con elevado porcentaje de níquel. Propiedades mecánicas En los aceros perliticos el níquel aumenta la cifra del límite elástico, así como la resistencia por tracción. El alargamiento y la resiliencia no resultan mayormente afectados. En los aceros martensiticos, el límite elástico, su resistencia a la tracción y la dureza, se elevan considerablemente. En cambio disminuye el alargamiento y resiliencia. Los aceros austeníticos mantienen su límite elástico y resistencia a valores normales de aceros de igual porcentaje de carbono, pero aumentan su alargamiento y resiliencia. Propiedades

magnéticas

16/08/2013

Hoja Nº 44 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

La variación de imantación varía según el porcentaje de níquel que tenga. La curva obtenida demuestra que pasa por un mínimo cuando el porcentaje de níquel es del 25%. Esta proporción da lugar a los aceros denominados antimagnéticos. Dilatación La dilatación o sea alargamiento producido por la temperatura varía con el porcentaje de níquel. Las experiencias realizadas demuestran que ella es mínima para porcentajes de níquel comprendidos entre un 35% y 40%.

Empleos de los aceros al níquel  Ruedas dentadas  Piezas de motores  Válvulas  Turbinas  Resortes  Los de 20 a 25% de níquel son inoxidables. ACEROS AL MANGANESO

16/08/2013

Hoja Nº 45 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Los aceros al manganeso presentan también una estructura variable, según el porcentaje de este elemento. Es un acero ternario con porcentaje mínimo de 0,8% y un máximo 14% aprox.

Los más utilizados son los perliticos y austeniticos pues los martensiticos son difícilmente trabajables. Propiedades mecánicas Los aceros perliticos tienen mayor resistencia por tracción que los similares exclusivamente al carbono, en cambio el alargamiento es poco afectado. Los aceros martensiticos son por lo general, muy duros, especialmente los de alto tenor de carbono. Los aceros austeniticos son más blandos que los martensiticos. Empleo de los aceros al manganeso  Rieles  Bulones para dragas  Cajas blindadas  Aceros para construcciones  Resortes

ACEROS AL SILICIO. El silicio en pequeños porcentajes, da aceros de aleaciones que presentan una mayor resistencia por tracción.

16/08/2013

Hoja Nº 46 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Los aceros con pequeños porcentajes de silicio son perliticos y contienen un compuesto de hierro. Cuando el porcentaje es mayor que 5% aparece el carbono en forma de grafito, por lo tanto los aceros con porcentaje alto de silicio son frágiles. ACEROS AL CROMO. Estos aceros tienen gran aplicación para construcciones y para herramientas.

Propiedades mecánicas. El cromo eleva la carga de rotura y disminuye el alargamiento de los aceros. Este aumento de la resistencia se hace máximo en los aceros martensíticos y disminuye con los cementíticos. Empleos e los aceros al cromo  Bolillas de los rodamientos  Mechas  Buriles  Limas  Hojas de sierra

Por designación convencional numérica. Se definen mediante la letra F, que sirve para identificar el acero, seguida de cuatro cifras. 

La primera cifra indica grandes grupos de acero, siguiendo un criterio de utilización como se indica en la siguiente tabla.

16/08/2013

Hoja Nº 47 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

F-1000 aceros finos de construcción en general. F-2000 aceros para usos especiales. F-3000 aceros inoxidables de uso general. F-4000 aceros de emergencia. F-5000 aceros para herramientas. F F-6000 Aceros de uso general. F-7000

F-8000 aceros para moldeo.



En la segunda cifra establece distintos subgrupos con características comunes:

F-1100 aceros al carbono (no aleados) para temple y revenido.

F-1200 Aceros aleados de calidad para temple y revenido F-1300

16/08/2013

Hoja Nº 48 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

F-1000

F-1400 aceros aleados especiales (de gran elasticidad).

F-1500 Aceros al carbono y aleados para cementar. F-1600

F-1700 aceros para nitrurar.

F-2100 aceros de fácil mecanizado (fabricación). F-2200 aceros de fácil soldadura F-2000

F-2300 aceros con propiedades magnéticas. F-2400 aceros de alta y baja dilatación. F-2500 aceros de resistencia a la fluencia.

F-3100 aceros inoxidables. F-3000

F-3200 aceros para válvulas de motores de explosión. F-3300 aceros refractarios.



Las dos últimas cifras no tienen valor clasificativo, solamente tienen como misión diferenciar un tipo de acero de otro, aplicándose a medida que estos aceros van siendo definidos cronológicamente.

16/08/2013

Hoja Nº 49 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

F-5100 aceros al carbono (no aleados) para herramientas. F-5200 F-5300 F-5000

aceros aleados para herramientas.

F-5400

F-5500 Aceros de corte rápido para herramientas. F-5600

F-6100 aceros para barras corrugadas de hormigón armado. F-6000 F-6200 aceros no aleados de uso general en construcción.

F-8100 aceros moldeados, no aleados, para usos generales. F-8000

F-8300 aceros moldeados, de baja aleación, para usos generales. F-8400 aceros moldeados inoxidables.

Procedimientos de obtención de acero.

16/08/2013

Hoja Nº 50 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Procedimiento de soplado. Se realiza en el horno de oxígeno o LD o con convertidores (Bessemer y Thomas). • Horno de oxígeno (LD). Sobre el arrabio fundido se hace incidir un chorro de oxígeno puro insuflado en sentido vertical y a presión. Es un proceso muy rápido que requiere un control automatizado de las cargas de arrabio y de fundente que se utilizan y de la presión y el caudal del oxígeno. Al insuflar oxígeno sobre el arrabio se genera óxido ferroso (FeO), el cual reacciona con las impurezas y forma óxidos, con los que se eliminan estas impurezas. Luego, se añade rápidamente fundente y se sigue insuflando oxígeno que forma monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (C02), de manera que se reduce el contenido de carbono, hasta llegar al grado de composición deseado. Este procedimiento es uno de los más modernos y el más utilizado en la actualidad porque permite obtener aceros de muy buena calidad, es relativamente sencillo y de bajo costo. Características del horno. -la parte interior está recubierta de ladrillo refractario (de composición química básica). -se usa para la obtención de acero de extraordinaria calidad. Cada hornada suele tardar, aproximadamente, una hora. -la producción por hornada es de aproximadamente 300 toneladas de acero. Funcionamiento. -El proceso de carga se efectúa colocando el entorno en posición inclinada. -se añade el arrabio liquido, los fundentes y/o la chatarra. -finalmente se añade el carbono (carbón) y elementos de aleación necesarios. Materia prima que emplea. -arrabio liquido procedente del alto horno (es la materia principal). -chatarra.

16/08/2013

Hoja Nº 51 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

-fundente (cal), para que reaccione con las impurezas y dé lugar a la formación de escoria que flote sobre el material fundido. -ferroaleaciones.

16/08/2013

Hoja Nº 52 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

• Convertidores (Bessemer y Thomas). El proceso es similar al del LD, con la diferencia de que se introduce una mezcla de oxígeno y nitrógeno (aire); el nitrógeno produce nitruros de hierro que, a pesar de estar presentes en pequeñas cantidades, proporcionan dureza y fragilidad al acero. Es un método antiguo que prácticamente ya no se utiliza. Existen dos tipos de convertidores: el convertidor Bessemer o de pared ácida, que se usa cuando no existen impurezas de azufre y fósforo, y el convertidor de Thomas, o de pared básica, cuyas paredes de dolomita y el agregado de cal permiten la eliminación de fósforo y de azufre.

16/08/2013

Hoja Nº 53 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Procedimientos de hogar abierto. Son lentos y poco utilizados en la actualidad; se realizan en hornos de reverbero, como el horno Martin-Siemens. Consisten fundamentalmente en mezclar arrabio con otros productos de menor contenido en carbono (chatarra de acero), de manera que el contenido de carbono se reduzca hasta el límite deseado. Sobre una bandeja (ácida si no existe azufre ni fósforo; básica, si es necesario de sulfurar y/o defosforar), se deposita chatarra de acero y la caliza (fundente). Una vez que se alcanza la temperatura de 1.800°C, se echa arrabio sobre los materiales citados y se hace fundir la mezcla. El proceso se corrige sobre la marcha según el resultado del análisis de muestras que se toman periódicamente.

Horno Martin-Siemens. Son enormes recipientes cerrados construidos con material refractario. El ciclo de fabricación del acero se inicia dejando caer en el horno piedra caliza, mineral de hierro, chatarra y arrabio fundido. En este horno se distinguen dos partes principales: la solera que es la parte visible del horno que se encuentra en la superficie y las cámaras recuperadoras que se encuentran

16/08/2013

Hoja Nº 54 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

debajo del horno y otras partes accesorias como son el horno, la solera, recuperadores, válvulas inversoras, conductos, chimenea y gasógeno.

La capacidad del horno varía de acuerdo al destino que se le dará al acero fabricado en la acería instalada: - Hornos de 1 a 5 t, par fusión de aceros destinados a piezas moldeadas. - Hornos de 6 a 20 t aceros que moldeados en lingoteras sirven para forjar grande piezas. - Hornos de 30 a 50 t y más destinados a suministrar por lingoteras aceros que luego se destinan a laminar.

Cámaras recuperadoras. Las cámaras recuperadoras se utilizan para aprovechar el calor de los gases de combustión evacuados, para calentar el aire y el gas del gasógeno ingresante, mediante un sistema controlado por llaves inversoras. Esto se logra porque las cámaras en su interior disponen de un conjunto de ladrillos refractarios apilados, de forma que el aire y los gases pasen entre ellos transmitiéndoles el calor o calentándose por el roce con ellos. Las cámaras externas R1 y R3 conducen el gas proveniente del gasógeno y las cámaras internas R2 y R4 conducen el aire. El proceso consta de dos etapas, que a su vez se realizan de forma alternada entre los dos grupos de cámaras R1-R2 o R3-R4. En una primera etapa dada acorde a la posición de las llaves inversoras (v) el gas proveniente del gasógeno ingresa por R2, el aire por R1 y los gases de la combustión salen por R3 y R4. Una vez que se cumple la primera etapa cambia la disposición de las llaves inversoras y esta vez el gas ingresara por R4, el aire por R3. En ambos casos calentándose por el calor absorbido por los ladrillos refractarios de los gases evacuados en la

16/08/2013

Hoja Nº 55 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

etapa anterior.

Válvulas de inversión. Consiste en una caja de fundición A, en la cual una válvula B, puede girar 90° a la izquierda o derecha cerrando o abriendo la comunicación entre los conductos C y D con el conducto central E. También contiene una sopapa cónica que permite regular el aire, dos bisagras M que ofician de válvula de seguridad para prevenir una explosión. En la figura los trazos continuos corresponden a una posición y los discontinuos a la inversa. Las válvulas inversoras para gas están formadas por una campana A con una división de metal B, que penetra en una pieza anular de fundición C que tiene dos brazos en cruz. De este modo si se levanta la campana y se la gira 90° y se la baja, se establece una circulación del gas distinta a la que tenia con la posición anterior. En la figura los trazos continuos corresponden a una posición y los discontinuos a la inversa.

16/08/2013

Hoja Nº 56 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Procedimientos eléctricos. En la actualidad, son los más utilizados y se realizan en hornos eléctricos. En ellos los procedimientos son más limpios y se consiguen temperaturas más altas, de fácil regulación, que en los demás métodos. Se pueden crear atmósferas neutras, ácidas, básicas o de vacío, según el tipo de impurezas que posean el arrabio y la chatarra de acero. Los procesos y las reacciones que ocurren en dicho horno son análogos á los de los hornos anteriormente citados. Existen diferentes tipos de hornos según cómo se consiga la corriente eléctrica, y de ella, el calor necesario: de arco, de inducción y de resistencia. Características del horno. -Interiormente tiene un revestimiento de ladrillo refractario. -en el interior de este horno se pude llegar hasta 3500 °C. -estos hornos se suelen construir para una carga de 100 toneladas en el que la operación de afinado suele durar entre 50 minutos y 1 hora. -el oxígeno necesario para la oxidación de las impurezas que contiene la masa liquida procede de aire que está en contacto con el baño, elementos de adición (fundentes) y la chatarra añadida (en forma de óxido). Funcionamiento. 1- se introduce la chatarra más el fundente (cal), en el horno. 2-se funde el metal introducido, mediante tres cilindros de grafito, llamados electrodos, entre los cuales y la chatarra (que hace de masa) saltan potentes arcos eléctricos que funden el metal. 3-se saca la escoria producida, se añade carbono (en forma de carbón, tipo antracita) y se sigue calentando toda la masa. 4-luego se añaden aleaciones metálicas de ferrosilicio, ferromanganeso, sílice y cal en abundancia para eliminar el azufre. 5-finalmente se vierte todo el acero fundido hacia delante sobre una cuchara especial que lo llevará al área de colada. Materia prima que emplea. -se carga, principalmente, con la chatarra de acero seleccionada.

16/08/2013

Hoja Nº 57 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

-materiales de aleación, tales como: Ni, Cr, Mo, etc.

Presentación comercial del acero. Las formas más comunes de los aceros que se emplean en la industria mecánica y metálica, se pueden clasificar en tres grandes categorías: Barras: se obtienen por laminación caliente/frio. Perfiles: se obtienen por laminación. Su longitud es de 5 a 12 metros. Palastros: son chapas laminadas, cuyas medidas oscilan entre 1 x 2 metros a 3 x 3 metros. Del acero al lingote por medio de lingoteras. El acero líquido proveniente de los hornos empleados para la obtención de acero es vaciado en lingoteras o moldes de sección cuadrada o rectangular. Una vez solidificado es desmoldeado, obteniéndose el lingote. Este es introducido en os hornos de igualación a los efectos de uniformar su temperatura para su posterior laminación. Los pasos que deben levarse a cabo son: 1°- Al preparar las lingoteras para su utilización se recubren sus paredes interiores con una suspensión de grafito, para evitar que los lingotes queden adheridos. 2°- El acero fluye bajo control a través de la buza que hay en la cuchara de colada y va llenando gradualmente las lingoteras. Estas se asientan sobre bases de fundición blanqueadas con cal, para evitar la adherencia de los lingotes.

16/08/2013

Hoja Nº 58 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

3°- La colada del acero en lingotes requiere sumo cuidado. De lo contrario el metal líquido que salpica las paredes de la lingotera solidifica prematuramente, produciéndose escamas. 4°- Una grúa eleva la lingotera con su mordazas, mientras su embolo central empuja el lingote hacia abajo, hasta desmoldearlo. 5°- Ya desmoldeados, los lingotes son tomados por grúas de pinzas que los trasladan y acondicionan en los hornos de igualación de temperatura. 6°- El lingote extraído del horno de igualación posee ya temperatura uniforme y está listo para iniciar el laminado primario. Conformación de los materiales metálicos. Moldeo. Es uno de los procedimientos de obtención de piezas más antiguo empleado por el hombre. Consiste en calentar el material hasta su temperatura de fusión, momento en el cual se transforma en liquido, para posteriormente verterlo en el interior de un molde con la forma adecuada de la pieza que se desea obtener. Luego se deja enfriar el tiempo necesario hasta que se solidifica y a continuación se extrae del molde. Por medio de este método podemos fabricar y obtener piezas de formas muy diversas, siendo ampliamente utilizado en el campo de los recipientes de productos y carcasas de máquinas, con el fin de conseguir aspectos más agradables, llamativos y funcionales, sin necesidad de estar retocando posteriormente el producto. Generalmente, este proceso suele traer consigo un ahorro importante de material en la fabricación del producto final en comparación con otros métodos.

16/08/2013

Hoja Nº 59 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

En muchos casos, y en especial cuando se requieren acabados de precisión, es necesario realizar un proceso de mecanizado sobre la superficie obtenida por vaciado. Las operaciones que deben llevarse a cabo para la conformación por moldeo son: Fusión del metal: Se realiza en los hornos o convertidores. El material se transporta en cucharas torpedo que lo mantienen fundido. Preparación del modelo: El modelo tiene la misma forma del objeto que se quiere obtener y por lo general es de madera. Para su diseño es necesario tener en cuenta que el material se contrae (por lo tanto, el modelo no tendrá las dimensiones exactas del objeto que se quiere obtener), que existen limitaciones en cuanto a los detalles constructivos, etcétera. Preparación del molde: Sobre la base del modelo, se construye un molde que puede tener una entrada para el material fundido (bebedero) y una salida para los gases producidos (mazarota). Colada: Consiste en verter el metal fundido en el molde, y puede realizarse de diferentes modos. Durante el proceso de vaciado (llamado también colada o moldeo) hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: 

Realizar moldes que soporten bien las altas temperaturas del material fundido sin que lleguen a deformarse. Además deben permitir la solidificación de una manera homogénea, con el objeto de evitar deformaciones o alteraciones en el producto final, así como disponer de los orificios necesarios para la salida del aire cuando se introduce el material fundido.



Vaciar el metal a la temperatura idónea; ni demasiado alta, porque se oxida con facilidad, ni demasiado baja, porque apenas estaría en estado liquido con lo cual penetraría en las cavidades con facilidad.

Los procedimientos más usuales para llenar el molde son: 

moldeo por gravedad.



moldeo centrífuga.



moldeo a presión.



colada continua.

16/08/2013

Hoja Nº 60 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Moldeo por gravedad. Se realiza vertiendo el metal fundido sobre un molde. Podemos considerar cuatro formas de realizar este vaciado: 

moldeo sobre moldes de arena.



Moldeo sobre moldes permanentes.



Moldeo sobre un molde que está girando (colada centrífuga).



Moldeo a la cera perdida (microfusión).

Moldeo sobre moldes de arena. La arena es un material abundante que se moldea bien, es barato y tiene un alto poder refractario. Las arenas empleadas están compuestas de sílice y arcilla que actúa como aglomerante de los granos de sílice. A estos dos elementos se les añade agua para formar una masa de gran consistencia y plasticidad. Luego, se dejan secar o se utilizan directamente constituyendo lo que se denomina moldeo en verde. Las proporciones de cada uno de los elementos suele ser: 5% de arcilla y 75% de arena silícea. Actualmente se están utilizando aglomerados artificiales, tales como la bentonita, que proporciona a los moldes una gran resistencia cuando están en contacto con el metal fundido. La preparación del molde exige que, previamente, se disponga de un modelo de la pieza que se desea obtener. Este patrón puede estar fabricado de distintos materiales (madera, metálico, plástico, cera, etc.) y generalmente esta partido por la mitad o incluso en mas partes con objeto de que se pueda extraer el molde con facilidad antes de verter el liquido en el interior del mismo (hacer la colada). El modelo se coloca en el interior del molde y se rodea de arena, fuertemente apisonada, de tal manera que quede bien compacta y no se desmorone a la hora de extraer el modelo. Cuando la pieza se desea obtener dispone se partes huecas es necesario colocar en el molde unas partes fabricadas con arena que recibe el nombre de machos. Estos se extraerán de la pieza solidificada una vez que se saquen del molde. El proceso para realizar una pieza es relativamente sencillo y consiste en: 

Fabricar el modelo e introducirlo en l interior del molde.

16/08/2013

Hoja Nº 61 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

No debemos olvidar la colocación de elementos que permitan, posteriormente, la salida de aire y gases, que al mismo tiempo servirán de mazarotas, cuya finalidad es alimentar el molde durante el proceso de solidificación, compensando mermas que se producen por la contracción en la solidificación, así como los canales de colada (bebederos). Estos moldes consisten en cajas metálicas sin tapa ni fondo, divididas en dos mitades que encajan perfectamente la una en la otra. 

Recubrir el modelo con una capa fina de arena especial de contacto y luego rellenar con arena de moldeo presionado fuertemente para que toda la arena quede compactada y consistente.



Abrir el molde y extraer el modelo de su interior, cerrándolo nuevamente.



Colocar el molde en posición de llenado y verter el metal fundido.



Dejar el tiempo necesario para que se solidifique.



Romper el molde, quitando de la pieza la arena la arena que pueda quedar pagada.



Recoger la arena y limpiarla para reutilizarla en la formación de nuevos moldes.

Es un proceso económico, el cual es apto para temperaturas altas y además es apropiado para todo tipo de metales, pero tiene el inconveniente de tener que realizar un molde para cada pieza. De arena se pueden hacer moldes sin extraer el modelo, realizándolo este de poliestireno expandido. Al hacer la colada o vaciado se evaporará. En este caso habrá que realizar para cada pieza un modelo y un molde.

Moldeo en coquilla.

16/08/2013

Hoja Nº 62 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Estos moldes permiten realizar muchas piezas, a menudo miles, de forma precisa antes de deteriorarse. Así evitamos tener que construir un molde de arena para cada pieza. Se hacen generalmente de acero o fundición gris y se utilizan para vaciados o coladas a temperaturas inferiores a los 1000°C. Se componen de dos partes que se encuentran unidas durante el proceso de colada y que posteriormente se separan para extraer la pieza. Generalmente, antes del proceso de colada, los moldes se calientan para conseguir que el material no se enfríe con rapidez al entrar el contacto con el molde, ya que podría provocar una mala distribución del material líquido e incluso, si se trata de metales, llegar a agrietarse. Por este sistema se consiguen buenos acabados y una rápida producción de piezas, aunque la elaboración del molde es costosa. A este tipo de moldes permanentes también se les conoce con el nombre de coquilla.

Moldeo en un molde que gira (centrifugación). La fabricación de tubos o piezas huecas podemos realizarla al vaciar el líquido en un molde que gira a gran velocidad. Gracias a la fuerza centrífuga, el metal se pega en los laterales, enfriándose y tomando la forma del molde. Con este método se pueden crear piezas o tubos con capas de distintos materiales.

16/08/2013

Hoja Nº 63 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Moldeo a la cera perdida. Es un método que se ha utilizado tradicionalmente para la obtención de objetos artísticos y decorativos en los que el modelo a obtener es muy complejo y, por tanto, resultaría difícil su extracción. Consiste en crear el modelo en cera que posteriormente se cubre con arena cerámica especial o yeso, teniendo los agujeros y orificios necesarios para la entrada del material fundido y para la salida del de aire. Luego se deja secar el yeso o la arena para que adquiera la forma del modelo. Por último se calienta el molde y se derrite la cera, que cae por los orificios practicados, y recoge para reutilizarla. Así tendríamos confeccionado el molde. Para producir la pieza se realiza el vaciado o colada del material fundido, dejándolo solidificar. A continuación se rompe el molde y se extrae la pieza. En la actualidad este procedimiento se utiliza mayoritariamente para la elaboración de piezas en joyería y pequeña piecería de acero, latón, etc., tales como mecanismos de máquinas de coser, racores, codo, etc.

Moldeo por presión. Consiste en inyectar a presión en el interior del molde el material fundido. Para ello se requieren moldes permanentes, sujetos por prensas para evitar que se abran debido a la presión de inyección, que suele llegar hasta los 300 Kg/cm².

16/08/2013

Hoja Nº 64 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Este tipo de colada se emplea especialmente en la conformación de piezas de aleaciones ligeras, tales como el aluminio, o aleaciones de bajo punto de fusión o para pequeñas piezas metálicas cuya obtención resulta difícil por gravedad. En la fabricación de plásticos es ampliamente utilizado. Las piezas obtenidas adquieren un acabado superficial bastante bueno que generalmente no es necesario mecanizar con posterioridad. Este tipo de colada se emplea exclusivamente cuando el número de piezas a fabricar es grande, ya que los modelos empleados son siempre metálicos o coquillas. La colada Consiste en verter el metal fundido en 'el molde, y puede realizarse de diferentes modos: • En la colada directa, el molde se llena por la parte superior, lo cual favorece la correcta solidificación del metal.

• En la colada por sifón o en fuente, el metal se vierte por los bebederos y entra por el fondo o la base del molde. De esta manera, se elimina mejor el aire y se evitan poros o sopladuras. Como inconveniente, suele no solidificar bien y se desperdicia mucho material que queda en los bebederos.

• La colada por el costado es una solución intermedia entre las otras dos. Sin embargo, es el método que desaprovecha más material.

16/08/2013

Hoja Nº 65 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Colada continua. Consiste en llenar un recipiente de metal fundido procede de uno de de los hornos de la fundición (últimamente la mayor parte del acero procede del horno eléctrico). El metal cae por un orificio refrigerado (molde) se solidifica y así se obtiene una tira continua de sección semejante a la del molde. Esta tira cae en vertical y al apoyarse sobre unos cilindros, a medida que avanza, se va colocando horizontal por ser cortada mediante sopletes que se mueven a la misma velocidad que la plancha. Seguidamente, aprovechando la temperatura de las barras, se pasan por los trenes de laminación o se llevan a las máquinas de forjado. Para realizar la colada continua se necesita una maquinaria bastante compleja, pero el proceso de laminación se realiza posterior al de solidificación del material fundido, lo que evita estar calentando de nuevo el material como ocurre en el caso de vaciar el material fundido en lingoteras.

Deformación en caliente. La laminación. La laminación se realiza en frío o en caliente, y es una conformación plástica consistente en comprimir el metal haciéndolo pasar entre dos rodillos que giran en sentidos opuestos. Laminación en caliente. Se aplica principalmente en materiales férreos. Consiste en hacer pasar entre dos o más rodillos, un lingote caliente de acero. A través de sucesivas pasadas se reduce su espesor

16/08/2013

Hoja Nº 66 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

y se adapta su forma para obtener planchas, barra o perfiles. El lingote, al solidificar, se separa de la lingotera y se calienta a una temperatura por debajo de la de fusión en el horno adecuado, durante varias horas, para que todo el tocho adquiera la misma temperatura. Así se consigue una mayor plasticidad de todo el metal. A continuación el lingote se lleva a los trenes de laminación. Estos están compuestos de rodillos, separados a una distancia un poco más pequeña que la anchura del tocho. Al pasar por ellos van deformándose. Para conseguir el perfil o la lámina final la deformación se va haciendo por pasos, es decir se va pasando por sucesivos conjuntos de rodillos. De los trenes de laminación se obtienen productos que después utilizan otras industrias para realizar productos elaborados. Por tanto, suelen ser perfiles o planchas de medidas normalizadas para que los destinatarios de estos productos sepan sus dimensiones y características. Proceso de laminación en caliente. 1°-Tenemos los desbastes planos, donde la superficie es controlada y acondicionada mediante sopletes oxiacetilénicos, ingresan a hornos de recalentamiento continuo donde llevan su temperatura hasta alcanzar el estado plástico. 2°-La laminilla formada en el desbaste plano durante el calentamiento es desprendida por la acción de cilindros estirados de agua a alta presión. 3°- Luego del desbastado, se procede al despunte de su extremo anterior, eliminando los residuos con agua a presión. 4°- Seis cajas de cilindros terminados, en forma continuada y aumentando la velocidad en cada caja, reducen la sección de la chapa laminada en caliente hasta su espesor final. 5°- La chapa se bobina o corta en hojas. La totalidad de las hojas y partes de las bobinas son utilizados por las industrias complementarias. Las bobinas restantes son sometidas muchos procesos de transformación.

16/08/2013

Hoja Nº 67 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Forja. Es un procedimiento de fabricación que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la de fusión (entre 600 y 900°C) para posteriormente golpearlo con un martillo o prensa. A esta temperatura su plasticidad es mayor, por lo que se le pude dar forma requerida sin romper o quebrar el material. Hay materiales que permiten la forja en frio, pero otros, como los materiales férreos, requieren elevar su temperatura para trabajar con ellos. Antiguamente se deformaban las barras calentándolas en una fragua de carbón donde alcanzaban la temperatura idónea. A continuación el herrero sacaba la pieza, ayudándose de tenazas, la colocaba sobre el yunque, y con el martillo la golpeaba dándole la forma deseada. Mediante este método y de forma manual, las limitaciones eran grandes, pues se reducían los trabajos a piezas pequeñas de fácil manejo. Con la utilización de máquinas, estas se emplearon como potentes martillos se pudieron trabajar piezas más grandes y en mayor cantidad en un miso tiempo.

En la actualidad en los trabajos de forja, además de poder realizarlos de forma manual, similar al método tradicional, se utilizan: 

Potentes prensas: accionadas mecánicas o hidráulicamente, que comprimen el material hasta darle la forma deseada.



Martillos de caída libre: levantan por medios hidráulicos o neumáticos un peso que después se deja caer sobre la pieza para ir deformándola paulatinamente por martilleo. En general, mediante deformación en caliente se realizan las siguientes operaciones:

Estirado de barras: consiste en martillear sobre la sección de la barra para darle la forma requerida, reduciéndola y, por tanto, aumentando la longitud de la masa.

16/08/2013

Hoja Nº 68 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Recalcado: radica en golpear los extremos del tocho para disminuir su longitud, aumentando su sección. Estampado: se basa en obtener piezas mediante martilleo o presión, situando el material base sobre un molde, para que adquiera la forma del mismo. Extrusión: consiste en calentar el tocho a una temperatura próxima a la de fusión y hacerlo pasar, por medio de presión, por un agujero de forma determinada. Con ello se obtiene una barra o un tubo de sección similar a la del agujero.

Estampado en caliente. Es una forja realizada en forma mecánica que se utiliza para obtener piezas de mayor envergadura y realizadas en forma repetitiva. Deformación en frio. Laminación en frio. El procedimiento de laminado en frio es semejante al descrito para el laminado en caliente, pero defiere de él, principalmente, en que las reducciones de espesor son mucho más pequeñas ya que aparece endurecimiento superficial denominado acritud, que puede originar la rotura de la pieza. Este procedimiento es muy empleado para la obtención de una chapa fina denominada por su aspecto brillante. Los trenes de laminación empleados son también diferentes ya que los cilindros tienen que ser más resistentes y con un mejor acabado superficial. Si la lámina es de material ferroso, una vez finalizado, generalmente se recubre por medio de un barniz o pintura, o por baño electrolítico de un metal como el cinc (chapa galvanizada). Con este recubrimiento se evitan las oxidaciones.

16/08/2013

Hoja Nº 69 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Proceso de laminación en frio. 1°- Las bobinas de chapa negra se sueldan una a continuación de la otra para iniciar el proceso de decapado. Luego el material es sumergido en un foso de agua capaz de contener la longitud total de una bobina, permitiendo así el funcionamiento continuo de la línea. 2°- Varios tanques que contienen acido sulfúrico diluido y través de los cuales pasa el material, eliminan el oxido formado durante el laminado en caliente. 3°- Una vez decapado, el material el material es lavado, secado y aceitado para evitar su oxidación. 4°- Cuatro cajas de cilindros planos reducen en frio la chapa decapada a espesores de hasta 0,25 mm. Luego, para eliminar las tensiones internas producidas en el acero durante el laminado, se realiza el recocido. Cuando el espesor es muy fino es imprescindible una limpieza previa. 5°- Realizando el recocido en atmósfera inerte, un laminador de temple mejora la superficie de la chapa otorgándole las características mecánicas optimas para su utilización industria. Forjado en frio. Se utiliza principalmente para producir pequeñas piezas por martilleo como tornillos, varillas, arandelas, etc., y para las propiedades mecánicas de los metales. Las máquinas utilizadas son potentes prensas semejantes a las empleadas en el forjado en caliente.

Estampación. Consiste en deformar planchas introduciéndolas entre dos matrices, una fija y la otra móvil, de forma que den relieve por un lado y hundan las planchas por el otro. De esta forma se realizan la mayoría de las chapas que forman la carrocería de un automóvil (aletas, puertas, etc.).

16/08/2013

Hoja Nº 70 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Extrusión. Consiste en introducir en un recipiente un material dúctil y presionarlo fuertemente con un punzón o émbolo, lo que obliga al material a fluir por el orificio que queda libre. De esta manera se pueden obtener barras o tubos de sección constante y con una calidad final bastante aceptable.

Doblado y curvado. Estos procedimientos de fabricación consisten en deformar piezas ya sean planchas, flejes, tubos o alambres de la siguiente forma: 

Doblado: se realiza un pliegue o un doblez simple de tal forma que el radio de curvatura sea pequeño, quedando el resto de la pieza intacta, es decir, se ha desplazado una parte de la pieza sobre otra formando un cierto ángulo sobre la línea de dobles. En una misma pieza se pueden realizar varias operaciones de doblado.



Curvado: tiene por objeto dar a la pieza la forma de una línea curva. El radio de curvatura de la deformación siempre es relativamente grande. Estas operaciones se pueden realizar con herramientas manuales o con maquinas dobladoras y curvadoras según la complejidad que requiera al proceso.

16/08/2013

Hoja Nº 71 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Las formas que se pueden obtener son muy diversas.

Embutición. Es un procedimiento de fabricación que tiene por objeto obtener piezas semejantes a un molde o matriz anteriormente definido. Para ello se parte de una chapa o lamina cortada de las dimensiones requeridas, colocándola sobre el molde. Mediante prensado o por golpeo se obtiene la forma final. Realizada esta operación el grosor de la chapa no sufre variación. Mediante este procedimiento se deforman chapas con el fin de obtener formas muy diversas y de una manera rápida, como son tapas de envases, recipientes, etc. Generalmente y para evitar la rotura de la lamina base se suelen realizar varias operaciones de embutición sobre la misma lamina para conseguir la pieza final. El número de estas operaciones depende del material y de la forma a obtener.

Trefilado. Es un procedimiento de fabricación que se emplea para la obtención de alambre. Consiste en hacer pasar una varilla de diámetro inferior a 6 mm, tirando de ella, por una serie de orificios de diámetro decreciente, que reciben el nombre de hileras, hasta obtener el diámetro deseado. Como esta deformación se realiza en frio, se origina una acritud elevada, que es necesario eliminar mediante un calentamiento del alambre, seguido de un enfriamiento de aire.

16/08/2013

Hoja Nº 72 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Con este sistema se llegan a obtener alambres de algunas decimas de mm y de una resistencia extraordinaria. Una de las muchas aplicaciones que se les suele dar a estos alambres es como cuerdas de piano, de ahí que se suelen denominar .

De la chapa a la hojalata estañada por vía electrolítica. Las bobinas del laminador doble de temple son preparadas conforme el ancho deseado en la tijera de recorte lateral, ingresando luego a la línea de estañado donde se recubre su superficie con una delgada capa de estaño depositada por vía electrolítica y abrillantada por posterior fusión. Los pasos que deben llevarse a cabo son: 1°- Para permitir un proceso continuo las bobinas se sueldan una a continuación de la otra. 2°- Antes de ser introducido en los tanques de estañado el material es sometido a l acción de un baño alcalino y otro acido y un cepillado, para asegurar su perfecta limpieza y la firme adherencia del estaño. 3°- Al pasar una corriente eléctrica a través del electrolito, las barras cargadas positivamente desprenden partículas (iones) que se depositan sobre el acero-base de polaridad negativa. 4°- El abrillantado de la capa de estaño se logra por fusión de la misma, como consecuencia como el calentamiento del material por corriente eléctrica. 5°- A fin de evitar su posterior descoloración, por oxidación del estaño, la hojalata es sometida a un tratamiento químico protector. 6°- El material estañado es enjuagado y escurrido.

16/08/2013

Hoja Nº 73 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

7°- A pasar a través de una emulsión de aceite especial, la hojalata recibe una película protectora final. 8°- La brida de salida produce la tracción del material a través de la línea, mientras la brida de entrada –al comienzo de la línea- lo mantiene tenso a fin de evitar su combadura y desplazamiento lateral. 9°- La hojalata es examinada por un sistema de fotocélulas en busca de pequeñas perforaciones que puedan haberse producido; en tanto un calibrador de rayos X indica en forma permanente su espesor, rechazando automáticamente las hojas fuera de tolerancia. 10°- De la hojalata terminada se extraen frecuentes muestras que son controladas y ensayadas en el laboratorio a fin de verificar el espesor y peso de recubrimiento, la película de aceite, y determinar su resistencia a la corrosión. 11°- Un adecuado embalaje, con plataforma de madera, papel impermeable y esquineros metálicos, asegura la entrega del producto en optimas condiciones. Tratamientos térmicos Son operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales que tienen por objeto modificar su estructura cristalina (en especial, el tamaño del grano). La composición química permanece inalterable. Existen tres tratamientos fundamentales: - Recocido. El metal se calienta durante cierto tiempo a una temperatura determinada y, a continuación, se enfría lentamente. Se consigue una mayor plasticidad para que pueda ser trabajado con facilidad. La temperatura y la duración de este tratamiento dependerán del grado de plasticidad que se quiera comunicar al metal.

16/08/2013

Hoja Nº 74 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

- Temple. Consiste en el calentamiento del metal, seguido de un posterior enfriamiento realizado de forma brusca. Con esto se consigue obtener un metal muy duro y resistente mecánicamente. El endurecimiento adquirido por medio del temple se puede comparar al que se consigue por deformación en frío.

- Revenido. Se aplica exclusivamente a los metales templados, pudiendo considerarse como un tratamiento complementario del temple. Con ello se pretende mejorar la tenacidad del metal templado, a costa de disminuir un poco su dureza.

Tratamientos termoquímicos Los tratamientos termoquímicos consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales, completadas con la aportación de otros elementos en la superficie de las piezas. Los más relevantes son: - Cementación. Consiste en la adición de carbono a la superficie de un acero que presente un bajo contenido en carbono a una cierta temperatura. Se obtiene así una dureza superficial muy elevada.

- Nitruración. Es un proceso de endurecimiento del acero por absorción de nitrógeno a una temperatura determinada. Además, proporciona una buena resistencia a la corrosión. Se utiliza para endurecer piezas de maquinaria (bielas, cigüeñales, etc.).

16/08/2013

Hoja Nº 75 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

- Cianuración. Es un tratamiento intermedio entre los dos anteriores. Se utiliza no solamente en aceros con bajo contenido en carbono (como en el caso de la cementación), sino también en aquéllos cuyo contenido en carbono sea medio o alto, cuando se pretende que adquieran una buena resistencia.

- Carbonitrutación. Consigue aumentar la dureza de los aceros mediante la absorción simultánea de carbono y nitrógeno a una temperatura determinada. La diferencia con el tratamiento anterior radica en que la carbonitruración se realiza mediante gases, y la cianuración por medio de baños. Se emplea en piezas de gran espesor.

- Sulfinización. Mediante la inmersión del metal en un baño especial se consigue incorporarle una capa de carbono, nitrógeno y, sobre todo, azufre. Con este tratamiento se aumento considerablemente la resistencia al desgaste de los metales, a la vez que se disminuye su coeficiente de rozamiento.

16/08/2013

Hoja Nº 76 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

DIAGRAMA DE Fe-C En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones por métodos diversos. MICROCONSTITUYENTES. El hierro puro está presente en tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente: 

Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC3), el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de la aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad; se suele llamar también AC2). La ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.



Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico de caras centradas y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.



Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido. Si se añade carbono al hierro aumenta su grado de macicez y sus átomos podrían situarse simplemente en los instersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), de acuerdo con lo que dijo el Doctor Cesar Rayas, es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros aleados al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.

16/08/2013

Hoja Nº 77 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

TRANSFORMACION DE LA AUSTENITA. El diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares: 

Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A31 los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su microestructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.



Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al eutéctico pero en el estado sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,80 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.

La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero: 

Aceros hipoeutectoides (< 0.80% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita.



Aceros hipereutectoides (> 0.80% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica se precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita.

Pues ya que este es un tratamiento termico y su temperatura se eleva hasta dicha termperatura. OTROS MICROCONSTITUYENTES.

16/08/2013

Hoja Nº 78 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

Las texturas básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos térmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes: 

La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente más duro de los aceros.



Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aquélla.



También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones con elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ) como el níquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.

Antaño se identificaron también la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad perlitas de muy pequeña distancia interlaminar por lo que dichas denominaciones han caído en desuso.

16/08/2013

Hoja Nº 79 TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

4º 2ª

Metales ferrosos

Grupo Nº 2 |

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA  Siderurgia; P.A. Pezzano; editorial Alsina.  Metalurgia y materiales para construcciones mecánicas; Ferro; editorial Cesarini Hermanos.  Tecnología Industrial I; Francisco Silva, José Emilio Sanz; editorial McGraw-Hill.  Tecnología Industrial I; Ricardo Franco, Mariana Jaul, Fernando Molina, Alejandro Timpanaro; Santillana.