2 propiedades del_acero

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  • Propiedades del AceroRicardo Herrera MardonesDepartamento de Ingeniera Civil, Universidad de ChileSantiago, ChileOctubre de 2006Elaboracin, guin y locucin a cargo del Dpto. de Ingeniera Civil de la Universidad de Chile con coordinacin del Ing. Ricardo Herrera

  • CONTENIDOPropiedades del AceroIntroduccinProceso de fabricacinPropiedades del aceroTipos de aceroTipos de miembros de aceroUsos del acero

  • 1. IntroduccinAleacin de Fe y C (~0.05-2%).Puede contener otros elementos como Mn, Ni, Nb, Cr, V, P, S, Si, Cu, etc.Porcentaje y elementos de aleacin pueden modificar propiedades del acero.Carbono Equivalente(CE%) = C% + (Mn%/6) + ((Cr%+Mo%+V%)/5) + ((Ni%+Cu%)/15)QUE ES EL ACERO?

  • 1. IntroduccinALEACIONES

    ElementoEfectoCOBRE Mejora resistencia a corrosin atmosfrica.MANGANESODesoxidante, neutraliza azufre, facilitando trabajo en caliente. Mejora la resistenciaSILICIOSe emplea como desoxidante y acta como endurecedor en el acero de aleacin.FOSFORO Y AZUFREPerjudican la tenacidad del acero

  • 1. IntroduccinAlta resistenciaUniformidad y homogeneidadRango elstico amplioDurabilidadDuctilidad y tenacidadRapidez de construccinReciclabilidadVENTAJAS DEL ACERO

  • 2. Proceso de FabricacinFuente: Infoacero.clCONVERTIDOR DE OXIGENODE ALTO HORNO

  • 2. Proceso de FabricacinFuente: Infoacero.clCONVERTIDOR DE OXIGENODE ALTO HORNO

  • 2. Proceso de FabricacinHORNO DE ARCOELECTRICO

  • 2. Proceso de FabricacinFuente: Infoacero.clAFINO DEL ACEROY LAMINACION

  • 2. Proceso de FabricacinProcesos de laminado en calienteLaminado en caliente tradicional.

    Laminacin controlada.Laminado de normalizacin (N)Laminacin termomecnica controladaEnfriamiento aceleradoTemple y autorrevenidoPROCESOS DELAMINACION

  • 4. Propiedades del aceroEstructura cristalinaPROPIEDADESFISICASCristal cbico demalla centradaCristal cbico decara centrada

  • 4. Propiedades del aceroPropiedades metlicas caractersticasbuena ductilidad (o maleabilidad).conductividad trmica elevada.conductividad elctrica elevada.brillo metlico.PROPIEDADESFISICAS

  • 4. Propiedades del aceroResistencia a la CorrosinCorrosin: prdida de seccin debido a reacciones qumicas o electroqumicas con medioambiente.Resistencia depende de:Composicin qumicaPROPIEDADESFISICAS

  • 4. Propiedades del aceroEnsayo a traccinPROPIEDADESMECANICAS

  • 4. Propiedades del aceroPROPIEDADESMECANICASAcero dulceAcero de alta resistenciaFyd

  • 4. Propiedades del aceroPROPIEDADESMECANICASCurva idealizada esfuerzo-deformacin del acero

  • 4. Propiedades del aceroMdulo de YoungE = 200000 MPa

    Modulo de PoissonElsticon = 0.3 (aumento de volumen)Plsticon = 0.5 (volumen constante)

    PROPIEDADESMECANICAS

  • 4. Propiedades del aceroResistencia a la fractura (tenacidad)Imperfecciones son microgrietas.Inclusiones y dislocaciones dependen de la composicin, el proceso de laminacin y el tratamiento trmico.Grietas generan concentracin de tensiones.Existe longitud crtica de grieta que inicia la propagacin de la grietaPROPIEDADESMECANICAS

  • 4. Propiedades del aceroMquina de Ensayo CharpyPROPIEDADESMECANICASProbeta

  • 4. Propiedades del aceroDureza:Resistencia a penetracin superficial.

    Mtodos de ensayo

    Dinmicos: ensayo de dureza al impacto y ensayo de dureza Shore

    Estticos: ensayo Brinell, ensayo Vickers y ensayo RockwellPROPIEDADESMECANICAS

  • 4. Propiedades del aceroComposicin qumicaTratamiento trmicoEstado de esfuerzosHistoria de deformacionesTemperaturaVelocidad de carga (deformacin)FACTORES

  • 4. Propiedades del aceroEstado multiaxial de esfuerzosVon Mises:

    FACTORESESTADO DE ESFUERZOS

  • 4. Propiedades del aceroFACTORESHISTORIA DEFORMACIONES

  • 4. Propiedades del aceroFACTORESTEMPERATURA

  • 4. Propiedades del aceroFACTORESVELOCIDAD DE CARGA

  • 4. Tipos de AceroAceros al carbonoContienen diversas cantidades de C y menos del 1,65% de Mn, el 0,60% de Si y el 0,60% de Cu. Ejemplo: A36Aceros aleadosContienen V, Mo y otros, adems de cantidades mayores de Mn, Si y Cu que los aceros al carbono. Ejemplo: A514Aceros de baja aleacin y alta resistenciaContienen cantidades menores de aleacin. Tratados para obtener resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Ejemplo: A572, A992.Aceros inoxidablesContienen Cr, Ni y otros para resistir oxidacin.CLASIFICACIONSEGUN COMPOSICION

  • 5. Tipos de elementos de acero estructuralPerfiles LaminadosAnguloTeCanalPerfil WBarraPlaca

  • 5. Tipos de elementos de acero estructuralPerfiles plegados (en fro)Tubo circularTubo rectangularPerfiles plegados y soldados

  • 6. Usos del acero Estructuras de marco: edificios, torres, puentes, galpones.

  • 6. Usos del acero Cscaras y membranas: estanques, silos, calderas, cascos de barco.

  • 6. Usos del acero Estructuras suspendidas: puentes, techos.

    *Propiedades del Acero*En este captulo se presentan las caractersticas y propiedades principales del acero. El captulo parte describiendo que es el acero, para luego describir la fabricacin del acero y su conformacin en placas y perfiles. A continuacin, se describen las propiedades fsicas y mecnicas de relevancia para el diseo en acero. Por ltimo, se presentan los diferentes tipos de acero, tipos de miembros de acero y tipos de estructuras de acero que existen.*Los aceros son aleaciones de hierro (Fe) y carbono (C) junto con varios elementos ms, algunos de los cuales son impurezas inevitables mientras que otros se aaden deliberadamente. El carbono es el que ejerce una mayor influencia sobre la microestructura y las propiedades del material. Los aceros suelen tener un contenido en carbono inferior al 1% en peso.Los aceros estructurales contienen menos de un 0,25% de carbono: el otro elemento principal de la aleacin es el manganeso, que se aade en cantidades de hasta alrededor del 1,5%. Otros elementos de la aleacin son cromo (Cr), nquel (Ni), molibdeno (Mo), etc. Elementos tales como el azufre (S), fsforo (P), nitrgeno (N) e hidrgeno (H) suelen tener un efecto perjudicial sobre las propiedades fsicas, por lo que durante la fabricacin del acero se toman medidas para reducir su contenido.Para medir la cantidad de aleacin presente en un acero se utiliza el concepto de Carbono Equivalente (CE). Este ndice tiene una influencia importante en varias de las propiedades del acero. Los aceros estructurales tienen hasta un 0.4% de contenido de Carbono Equivalente.*Los elementos de aleacin especficos y sus cantidades determinan el tipo de acero de aleacin y sus propiedades particulares.Se muestran en la tabla los efectos de los elementos de aleacin ms comunes.*El acero presenta varias ventajas como material estructural:Es el material de construccin convencional de ms alta resistenciaPara efectos prcticos, se puede considerar como un material homogneo y uniformePosee un amplio rango de deformaciones para el que se comporta elsticamenteSi se toman las medidas adecuadas, el acero puede durar muchos aosTiene gran capacidad de deformacin inelstica y resistencia a fracturaEs modular y rpido de construirEs 100% reciclable.*La fabricacin del acero se realiza a travs de dos mtodos: El convertidor bsico de oxgeno de alto horno ("Basic Oxygen Converter" (BOF)) El horno de arco elctrico (Electrical Arc Furnace (EAF))En la produccin de acero bruto su participacin es del 70% (BOF) y del 30% (EAF). El primer mtodo adquiere un papel dominante cuando se trata de ndices elevados de produccin y de la fabricacin de acero bajo en impurezas. Los bajos costes energticos y un amplio suministro de chatarra reciclada aseguran al segundo mtodo una cuota de mercado competitiva, sobre todo cuando se utiliza el horno UHP (Ultra High Power).El proceso de fabricacin del acero es el siguiente:El alto horno se alimenta de hierro sinterizado, producido en la planta de sinterizacin. En el proceso de sinterizacin se carga una mezcla de finos de mineral de hierro, cal y coque (carbono casi puro), y se funde parcialmente para formar una mezcla porosa de xidos de hierro y ganga.El horno alto es un horno de tipo cuba que funciona mediante la tcnica de contracorriente:la carga descendente de sinterizado y coque, cargada por la parte superior del horno, es calentada y reducida por los gases de la combustin que ascienden de la zona de tobera, donde se inyecta un chorro de aire caliente para quemar el C y convertirlo en CO. El chorro de aire se comprime por medio de un soplante y se calienta en estufas especiales a 1100C, por medio de la combustin de los gases de escape depurados del horno. El CO reduce los xidos de hierro (FeO, Fe2O3) y algunos de los elementos presentes en la ganga del sinterizado, para producir metal lquido. El polvo del tragante del horno alto, que contiene cerca de un 40% Fe, se recicla en el proceso de sinterizado. Por debajo de la zona de tobera, donde se da la mayor temperatura, el material fundido se acumula en el crisol, donde el hierro lquido (fundicin bruta) se separa de la escoria por la diferencia de densidad. La escoria y la fundicin bruta lquida (arrabio) se extraen desde diferentes piqueras. El arrabio se vaca a cucharas o torpedos (capacidad: 300 - 400 t) y se transporta a la acera para su afinado y conversin en acero.Al final de este proceso, el mineral de hierro sinterizado se ha reducido a hierro bruto en el alto horno.*El hierro bruto se transforma entonces en el convertidor de oxgeno en acero bruto.El horno bsico de oxgeno o convertidor LD (por el proceso Linz-Donawitz iniciado en 1956) est basado en la inyeccin de oxgeno a la colada de metal lquido por medio de una lanza. En el convertidor se cargan chatarra y cal para enfriar la colada y eliminar el fsforo, el silicio y el manganeso. El convertidor est revestido con una capa re