ANÁLISIS INDUSTRIAL La Industria Siderúrgica: Introducción

ANÁLISIS INDUSTRIALLa Industria Siderúrgica: Introducción

Carbón

Mineral de

Hierro

Fundentes

AltoHorno

Coque

Sinter

Gases

Escorias

Arrabio

Convertidor

Ajuste de la composiciónDesulfuración

DesgasificaciónCalentamiento

Metalurgia Secundaria

Esquema del proceso siderúrgico.

Colada Continua

Hierro puro.

1537ºC

1401ºC

907ºC

767ºC

Fe líquido

Fe (Red Cúbica Centrada)

Fe (Red Cúbica Centrada en las Caras)No Magnético

Fe (Red Cúbica Centrada)No Magnético

Fe (Red Cúbica Centrada)Magnético

El Fe puro tiene pocas aplicaciones

industriales.

Su interés industrial radica en la posibilidad

de alearse con el carbono dando lugar al

ACERO.


Diagrama Fe-C:


CFeFeγFe 3

toEnfriamien

ntoCalentamie

líquido

CFeFeαFeγ 3

toEnfriamien

ntoCalentamie

FeγFeδFe

toEnfriamien

ntoCalentamie

líquido

Constituyentes estructurales de los aceros:


Austenita o Fe (red cúbica centrada en las caras):

• Estable a temperaturas elevadas. • Con porcentajes elevados de ciertos elementos (18% Cr, 8% Ni) estable a temperatura ambiente.• Disuelve carbono hasta un 2% a 1129ºC.• Deformable, resistente al desgaste, no es magnética y es el constituyente más denso del acero.

Ferrita o Fe (red cúbica centrada):• A temperatura ambiente sólo disuelve un 0,008% de carbono y 0,025% a 722ºC.• Blanda y maleable.

Cementita o Fe3C (red ortorómbica):

• Contiene un 6,67% en peso de carbono.• Es frágil y dura.• Tiende a descomponerse según la reacción:

Fe3C 3Fe + Cgrafito

Perlita o eutectoide de ferrita y cementita:• Propiedades intermedias entre la ferrita y cementita: más dura y resistente que la ferrita pero más blanda y maleable que la cementita.

Ledeburita o eutéctico de austenita y cementita:• Sólo aparece en fundiciones.

Martensida o disolución saturada de C en Fe:• Muy dura y no es magnética.

Enfriamiento lento del acero.


En resumen, cuanto menor es el porcentaje de C en el acero menor es el contenido en cementita y mayor el de ferrita y viceversa.Como consecuencia, cuanto menor es el porcentaje de C en el acero más blando y dúctil es éste mientras que si el porcentaje de C es elevado el acero es más duro y resistente pero menos maleable.

Tratamientos mecánicos.

¿Qué son?

Acción conjunta de energía mecánica y

térmica para producir deformaciones

permanentes en el acero pero sin afectar a la

microestructura (la distribución y ordenación

de los átomos permanece) y sólo cambia la

macroestructura (granos).

¿Para qué sirven?

Con estos tratamientos se consigue:

Tamaño de grano más fino.

Materiales más blandos y dúctiles.

Ausencias de tensiones residuales.

Estructuras más uniformes.

Mayor densidad (eliminación de

huecos).

Mejor resistencia mecánica.


Tratamientos térmicos.

¿Qué son?

Acción de la energía térmica para producir

cambios estructurales (microestructura).

¿Para qué sirven?

Con estos tratamientos se consigue: Una estructura de menor dureza o mejor

maquinabilidad. Eliminar la acritud (aumento de dureza y

resistencia a la deformación cuando el acero ha

sido tratado mecánicamente en frío). Eliminar tensiones de cualquier origen, que

pueden ser la causa de deformaciones después

del maquinado, o producir roturas en servicio. Eliminar las tensiones internas, originadas por

deformación de la red atómica, las cuales elevan

la dureza y aumentan la fragilidad. Una estructura más homogénea. Máxima dureza y resistencia. Mejorar la resistencia a los agentes químicos. Variar alguna de las características físicas.



Templado.

Calentamiento hasta temperatura de

austenización (800-925ºC) seguido de un

enfriamiento rápido formándose martensita. Con

este tratamiento: Aumenta la dureza y resistencia mientras

que disminuye la elasticidad. Se modifican las propiedades físicas

(magnéticas y eléctricas). Se modifican las propiedades químicas (los

aceros templados resisten mejor la acción de

los ácidos).

Revenido.

Calentamiento de las piezas después de

templadas a una temperatura inferior a la

austenización para provocar transformaciones de

la martensita en formas más estables, seguido de

un enfriamiento más bien rápido. Con este

tratamiento: Disminuye la fragilidad y las tensiones

internas de las piezas templadas. Disminuye la dureza y aumenta la

elasticidad.



Recocido.

Calentamiento hasta temperatura de

austenización (800-925ºC) seguido de un

enfriamiento lento. Con este tratamiento: Aumenta la elasticidad mientras que

disminuye la dureza. Se facilita el mecanizado de las piezas al

homogeneizar la estructura, afinar el grano y

ablandar el material. Se elimina la acritud que produce el trabajo

en frío. Se eliminan las tensiones internas. Se modifican las propiedades físicas y

químicas.


Tiempo

Tem

pera

tura Austenita

Tem

ple

Recocido

Revenido

Temple superficial y tratamientos termoquímicos.


Temple superficial.

Calentamiento superficial muy rápido, de forma

que sólo una delgada capa puede alcanzar la

temperatura de austerización, seguido de un

enfriamiento también rápido. Así se logra una

capa superficial de martensita sin que el núcleo

experimente transformación.

Tratamientos termoquímicos.

Modificación de la composición química de la

superficie de la pieza introduciéndole ciertos

elementos mediante un proceso de difusión. Con

este tratamiento: Aumenta la dureza superficial sin alterar la

ductilidad y resiliencia (capacidad de

recuperar la forma y tamaño original cuando

cesan las fuerzas que provocaban

deformación) del núcleo. Se favorecen las cualidades de lubrificación

y rozamiento. Aumenta la resistencia al desgaste. Aumenta la resistencia a los esfuerzos de

fatiga. Mejora la resistencia a la corrosión.

Temple superficial y tratamientos termoquímicos.


Cementación.

Consiste en aumentar la concentración de

carbono en la superficie de un acero,

calentándolo a la temperatura de austenización

en un medio cementante que aporte C en estado

atómico.

2CO + Fe Fe(C) + CO2

Nitruración.

Consiste en endurecer superficialmente un acero

con nitrógeno, calentándolo a temperaturas

comprendidas entre 500-525ºC, en una corriente

de gas amoníaco.

2NH3 2N + 3H2

Elementos de aleación:

Cambian las propiedades del acero como

consecuencia de las modificaciones en la

composición química y estructural (se

modifica el diagrama Fe-C) del acero. Entre

las propiedades que alteran cabe citar:

Elevan la templabilidad y como

consecuencia es más fácil obtener la

martensita y, a partir de ella, por

revenido, las mejores características de

resiliencia.

Mejoran las características mecánicas a

bajas y altas temperaturas.

Mejoran la resistencia a la oxidación y

corrosión a temperaturas elevadas.

Introducen o modifican ciertas

propiedades específicas.


Aceros aleados.

Clasificación de los elementos de aleación:

Atendiendo a su influencia sobre los puntos

críticos:

Elementos gammágenos (Mn, Co, Ni, Cu y

Zn):

Aumentan la región de estabilidad de la

fase .

Elementos alfágenos (Cr, Si, Be, Al, Mo,

W, Nb, V, P, Sn, Ti y Zr):

Disminuyen la región de estabilidad de la

fase .

Elementos no activos (Pb, Mg y Ca):

No ejercen ninguna acción por ser

completamente insolubles.

Atendiendo a su acción sobre el carbono:

Elementos formadores de carburos (Ti, Zr,

V, Nb, Ta, Cr, Mo, W y Mn):

No permiten la formación de cementita

hasta que no haya un exceso de C.

Elementos grafitizantes (Si, Co, Al y Ni):

Favorecen la descomposición de la

cementita.

Fe3C 3Fe + Cgrafito


Aceros aleados.

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