Gran resumen de Materiales Metálicos

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Bahía Blanca

Materiales Metálicos

Resumen de apuntes de cátedra

Autor del texto original: Ing. Héctor E. Causse

Ciclo lectivo 2010

“Este resumen contiene descripciones breves y se la han extraído algunos ejemplos. Cabe destacar que en muchos casos, las definiciones contienen interpretaciones personales del autor y se recomienda intercalar la lectura de este resumen con el texto original.”

Unibersidad Tecnológica Nacional Departamento de Ing. Mecánica Facultad Regional Bahía Blanca Materiales Metálicos

Resumen Materiales Metálicos

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES:

Físicas: punto de fusión, ebullición, peso específico, coef. De dilatación.

Químicas: Corrosión

Mecánicas: Res. a tracción elasticidad, dureza y tenacidad.

Tecnológicas: Soldab/Templab/Maquinabil/IDAD

METALURGIA: Ciencia que estudia los materiales y sus aleaciones. (Así como también su obtención transformación y tratamiento. Metalurgia del Hierro -> Siderurgia. Los demás metales Metalurgia de los no ferrosos.

ESTRUCTURA DE LOS METALES Y ALEACIONES:

Estado sólido: átomos vibrando en posiciones fijas, vinculados ere si por la fuerza de atracción y repulsión de mazas. Al calentar un sólido la amplitud de las vibraciones aumenta y se produce dilatación. (Aumenta distancia interatómica). Posee forma y vol. Prop.

Si se sigue entregando calor, las vibraciones son tan grandes que rompen casi totalmente la vinculación interatómica y el material pasa al estado líquido. Internamente tiene un movimiento continuo de átomos y externamente carece de forma prop.

Con aun más calor, los átomos se desvinculan totalmente entre si y se pasa al estado gaseoso. En este estado el material no tiene forma ni vol. Prop.

FUCIÓN EBULLICIÓN CONDENSACIÓN SOLIDIFICACIÓN SUBLIMACIÓN

Red espacial: Distribución ordenada de átomos en el espacio (solido). Cada átomo debe poseer entornos espaciales idénticos.

SISTEMAS CRISTALINOS (PAG 3’)

Parámetros de red: Las distancia entre los centros de un átomo y otro tomado a lo largo de los ejes se denom. Parámetro o constante de la red.

Numero de átomos por celda: Prismáticas de 4 vértices es (núm. de átomos en vert/8)+ núm. de átomos en caras/2)+ (núm. átomos en el centro).

Hexagonal Compacto es (Nv/6)+ (Nc/2)+No

ESTADO ALOTROPICO: Cada una de las formas en las que se puede presentar su red cristalina en estado sólido. Ej. Fe:

Fe (alfa): 910’C BCC (En los 768’C cambien las prop magnet del metal)

Aquí se produce una contracción del metal.

1


Fe (gamma): 910 a 1410’C FCC

Fe (delta): 1410 a 1535’C BCC

AMORFOS: Si bien tienen forma y vol. prop. La disrtib de sus átomos no es ordenada. Por lo cual pueden ser consid líquidos de muy alta viscosidad. Ej. Vidrio alquitrán grasas, cristal, plásticos, lacre, etc.

Un caso particular es el vidrio metálico. Un metal enfriado bruscamente desde su estado líquido. Uso para transformadores y otros equipos electrónicos.

ESTRUCTURA GRANULAR: Unión de serie de partículas q abecés es visible a simple vista. Estas partículas llamadas granos cristalinos o cristales y la organización de estas partículas se llame estructura granular.

Formación de la estructura granular:

NUCLEACION: partiendo de líquido al enfriar y llegar a la T de solid. Comienza a solid en distint puntos llamados núcleos de cristalización. No todas las zonas se encuentran a = T. La superficie y la zona de la pared del recip. Están a menor temp. También existen impurezas en el metal que estimulan la solidif, y por lo tanto solidif antes.

Embriones: agrupaciones minúsculas de átomos entrelazados que al alcanzar un tamaño crítico forman un núcleo de solidificación y crecen. Menores al tamaño critico pueden re disolverse y desaparecer.

DGt Variación de energía libre = DGv energía libre volumétrica (liber en la transf de líquido a solido) + DGs energía libre superf. (Requerida para la formación de las sup del nuevo vol. Sólidos. (GRAFICO PAG 9)

Nucleación Homogénea. El mismo material proporciona átomos para formar el núcleo.

Heterogénea cuando se produce a partir de las impurezas sobre la superficie del recipiente contenedor.

CRECIMIENTO: (fig. 11 pág. 9) Consideremos 4 centros de cristalización. A partir de estos núcleos estables los cristales crecen la E.INT se va reduciendo. La red será igual para todos los núcleos de crecimiento pero con difer. Orientación. El crecimiento de las redes continúa hasta encontrarse con otra perteneciente a orto núcleo de cistaliz. Determinando una zona intergranular.

Mono cristal: Solido formado por un solo cristal.

ZONAS ITERGRANULARES: (borde de grano) constituye una red de transición. Empalme entre redes cristalinas. No hay ordenamiento atómico. La zona no está en equilibrio.

Como la tendencia natural del solido es a suprimir estas zonas. En el fenómeno de crecimiento de grano al aumentar la temperatura sin llegar a la fusión y en un tiempo suficiente los granos vecinos se agrupan. Se consiguen granos mayores y esféricos (equiaxiales). (FIG 13 y 12)

Clasificación de granos (ASTM – 1 Grueso a 8 Fino)2


Índice de tamaño de grano -> Núm. de granos/Pulg² = 2n-1 (estructura obser con 100 aumentos)

n= índice de tamaño de grano.

ISOTROPIA Y ANISOTROPIA

Isótropo, tiene las mismas propiedades en cualquier dirección. Caso contrario anisótropo.

Un poli cristalino es siempre más isótropo que un mono cristal. Cuento menor es el grano más isótropo es. Para lograr granos finos se deben crear muchos centros de cristalización. Esto se puede lograr empleando inoculantes (sustancias extrañas al metal que en reducidas cantidades actúan como gérmenes de cristalización acentuando la nucleación heterogénea)

La anisotropía química permite mediante un reactivo acido la observación de la estructura granular de un metal, ya que el ácido ataca a algunos granos de manera más intensa que en otros. De esta forma se puede diferenciar con gran contraste las zonas más deprimidas entre grano y grano.

ALEACIONES:

CARÁCTER METÁLICO:

Según el concepto metalúrgico los materiales metálicos son el grupo de aquellos que poseen carácter metálico. (Conjunto de propiedades que son: brillo, buena conductividad termina y eléctrica, prop magnéticas, posibilidad de producir ente ellos os fenómenos termoeléctricos termoiónicos, pieza eléctricos y fotoeléctricos.)

Teoría del electrón libre o del enlace metálico: Pág. 12 Fig. 15

ALEACIÓN: es la unión de dos o más metales o de metales con no metales la cual posee carácter metálico. Para formar una aleación mediante fusión los componentes deben ser solubles en estado líquido. (Que formen un líquido homogéneo)

Pulvimetalurgia: Moler finamente los mat. Constituyentes de la aleación, mezclarlas y aglomerarlos usando presión y temperatura. (Muy buenas propiedades mecánicas, ya que se puede graduar el tamaño de grano.)

FASES METÁLICAS: Agua -> Fase liquida (FL) Sal -> Fase liquida (FL) Agua salada -> Solución liquida (SL) El agua y el aceite constituyen 2 FL (aceite no soluble en agua) Dos metales darán zona aleación si en estado líquido ambos forman una FL, que será una SL

Tipos de FS:

METAL PURO. Estructura formada por granos de mismo material. Estructura comp por una FS. Si la estructura es una aleación q está formada por granos de dos metales puros. Estructura granular con 2 FS. (Pulvimetalurguia)

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SOLUCIONES SOLIDAS (SS). Solubles en estado sólido. No se pueden distinguir en la fase formada. Unión intima de dos o más metales o metales con no metales q tienen carácter metálico, que se presenta homogénea (1FS), aun al microscopio cuyo constituyentes pueden participar con % variables entre ciertos límites. SS de sol. Parcial: Solo forman SS si participan ciertos porcentajes de sus constituyentes. SS de sol. Total: La SS se forma con cualquier proporción de componentes. Insolubilidad total….

Estructuras cristalinas de las SS: Cuando los comp tienen dif redes cristalinas la SS adopta una de ellas. El o los otros pierden su red. El que conserva la red se lo llama Solvente y el resto Soluto. Si los comp tienen la misma red, el solvente será el que participe en mayor porcentaje.

Tipos de SS según ubicación de átomos en el soluto. SS por sustitución: los átomos del soluto ocupan lugares de la red, previamente ocupados por los del solvente. SS por inserción: los átomos del soluto se ubican en los espacios interatómicos de la red del solvente (Fig. 19)

Curva de solubilidad: En casos de SS parcial la solubilidad es variable con la T. Si Graf las T y el contenido de soluto aparecerá la curva de solubilidad que nos indicara la Max cant de soluto admisible para cada T.

Aleación ente A y B parc Solubles que form una SS de B soluto en A solvente -> SSα

Fig.20

4

Fig.21

Fig.22


En T1 la SS esta hipo saturada. Fig.21

En T2 la SS está saturada. Fig.21 Al comenzar a bajar la T2 la SS está expulsando soluto, precipitando.

En T3 la aleación presenta 2 FS una es SSα y otra B pura precipitada. Fig. 22. B se ubicara en los bordes de los granos. Con enfriamientos bruscos se puede lograr que B no precipite.

COMPUESTOS DEFINIDOS (CD):

Compuestos químicos: son aquellos que no tienen carácter metálico. Compuestos intermetalicos: poseen carácter metálico. Por si solos constituyen una aleación. Silicio de Mg, Carburo de Fe, etc.

SOLIDIFICACIÓN DE METALES Y ALEACIONES (diagrama T-t)

SOLIDIFICACIÓN DE MP

Cada metal tiene una Ts determinada. Si al metal líquido le sacamos calor la T va disminuyendo hasta llegar a la Ts, donde comienza a solidificarse. En la solidificación T = cte.

Del punto 2 al 4 T = cte. por q el calor liberado por los átomos al disminuir su movilidad compensa el que la estamos sacando.

Fig. 23

P1: 1FL A Puro P4: 1FS Concluye la solidificación

P2: 1FL. Comienza la solidificación P5: 1FS SSα

P3: 2F 1FL y 1 FS

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SOLIDIFICACIÓN DE CD:

EL CD tiene una Ts determinada, tiene la misma curva que un MP y misma estructura granular.

SOLIDIFICACIÓN DE LAS SS:

Solubilidad total en estado sólido: (Fig. 25)

Las curvas no presentan tramos a T Cte. Si la SS está compuesta por A con una Ta y B con su Tb la solidif se iniciara en T < Ta y terminara en T > Tb. La solidificación comienza cerca del componente predominante.

Aleación 50% A y 50% B

P1: 1 FL SL (AyB) P4: 1FS SSα Fin Solidif.

P2: 1FL SL (AyB) Comienza la Solidf. P5: 1FS SSα

P3: 2F 1FL SL (AyB) y 1FS (SS AyB)= SSα Fig. 26

SOLIDIFICACION DE MP TOTALMENTE INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO

A y B Insolubles en estado sólido. Aparecerá una aleación llamada eutéctica con las sig. características.

# Los constituyentes partic en prop def y cte. # Solidif a T=cte. # Su Ts es < que la de sus constituyentes Te < Tb < Ta

# El sólido obtenido presenta grano fino y muy uniformemente mezclado.

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Fig.27

Eutéctico en aleación 60% A y 40% B

El inicio de la solidificación se encuentra tanto más cerca de Ta cuanto mayor sea el exceso de A. Si b fuera el exceso la solidif empezaría por debajo de Tb y siempre terminaría en Te.

E 60%A y 40%B = 3A/2B 3A/2B = Ae/10B Ae= 15ª

II 90%A y 10%B Eut. 15%A y 10%B + exc 75%A

III 70%A y 30%B Eut. 45%A y 30%B + exc 25%A

IV 64%A y 36%B Eut. 54%A y 36%B +exc 10%A

V 51%A y 49%B Eut 51%A y 34%B +exc 15%B

Aleación III:

P1: 1FL SL (AyB) P4’: 3F 1FL SL – 1FS A puro (exc + eut) - 1FS B puro (eut)

P2: 1 FL SL Comienza la solidif P4’’: 2F 1FS A puro (exc 25% + eut 45%) – 1FS B puro (eut)

P3: 2F 1FL SL (AyB) - 1FS A puro (exc) P5: Ídem P4’’ σ e y H

P4: 2F 1FL SL AB 75% - 1FS a puro 25%

Se obtiene (Fig.28). Granos grandes de A Exc. Granos finos del eutéctico.

Constituyente matriz: granos en contacto entre sí. (Eutéctico)

Constituyente disperso: granos separados entre sí. (Exceso)

« ! » El eutéctico es una mezcla de dos FS.

DIAGRAMAS BINARIOS (Se representa T y % concentraciones de aleaciones A y B)

DB de Solubilidad Total

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Fig.28

nv

n0=e−Q /RT


Fig.30

Una curva resultante de unir los puntos de las T iniciales, curva de líquido (LL) que marca el comienzo de la solidific. La otra con los puntos de la T finales, curva de sólido (LS), marca el fin de la solidif.

I (50%A; 50%B)

P1: 1FL SL (AB) P4: 1FS SSα termina la solidif.

P2: Comienza la solidf. Primera partícula en 2’ P5: La última gota de líquido alcanz la pos limit 4”

P3: 2F 1FL (3”) SL (AB) - 1FS (3’) SSα P6: 1FS SSα

La diferencia de comp entre el primer grano que se forma en 2’y el ultimo líquido que solidif en 4”hace q la composición varíe desde el núcleo rico en A hasta la periferia rica en B. Este fenómeno se lo llama segregación dendrítica es nocivo porque cambia la composición y las prop. La segregación se compensa naturalmente por difusión. Se puede incentivar la difusión con mayor T y enfriamientos lentos.

LEER LOS DIAGRAMAS BINARIOS DE INSOL TOT, DE SOLUBILIDAD PRCIAL CASO 1, 2 Y 3 (PAG22-29)

IMPERFECCIONES CRISTALINAS

Las imperfecciones son defectos que pueden ser estables o inestables este sector está definido por la Energía libre del sistema (G) Si la Energía libre de un sistema (G) es alta será inestable, si G es baja será estable.

a) Puntuales: Compuestas por vacancias. el defecto puede ser sustitucional o intersticial.Vacancias: ausencia de un átomo de la red cristalina. Las vacancias disminuyen la energía libre Concentración de vacancias en equil para cada T.

Nv = núm. de vacanciasn0 = núm. de átomosQ = energía de activación R = cte. de gasesT = T ABS.

Se ve claramente que a > T > Nv. Aumenta las Vacancias.Las vacancias pueden moverse, de esta forma se puede explicar el fenómeno de difusión.

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Átomos sustitucionales, los átomos de otros elementos ocupan lugares en la red. Intersticiales, estos átomos extraños se ubican en los espacios interatómicos. La presencia de estos átomos disminuye G, por lo que estos defectos son termodinámicamente estables.

b) Lineales: defectos que se distorsionan a lo largo de una línea, dislocación.Dislocaciones: pueden ser rectas u curvas, pero deben quedar cerrada o terminar en la superficie. Se forman durante la solidificación. La distorsión de los átomos genera un campo de tenciones elásticas que aumenta la G, por lo que hace a las dislocaciones termodinámicamente inestables. Estas imperfecciones se trasladan a lo lardo de un plano de deslizamiento. Resultan de principal importancia en la deformación de los materiales. El desplazamiento se da entre posiciones de los cristales. La magnitud de este desplazamiento está dado por un vector cuyo modulo es un espacio atómico y su sentido es el del desplazamiento del plano al actuar una carga.Dislocaciones helicoidales: Pag.31 Fig.6 Dislocaciones de borde: inserción de un semiplano de átomos adicional. Provoca la distorsión localizada de la red. T (-) ⊥(+) Pag.32 Fig.7Los átomos adyacentes se encuentran en un sector sometidos a compresión elástica y los inmediatos vecinos a la inserción se encuentran en un esfuerzo de tracción elástica, lo que provoca que las dislocaciones se atraigan y se anularan. Si son de signo

contrario se rechazaran (fig. 8 a y b) VER VECTOR DE BUNGERS b→

(Fig. 9 y 10)

c) Superficiales: Se extienden según una superficie: Bordes de grano:(pag.2)

Maclas: es una porción de crista cuya orientación es una imagen especular 1 de la orientación original del cristal. Se forman durante el crecimiento o por deformación. El maclado es favorecido por las altas velocidades de carga y bajas T.

DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Hasta cierto valor de carga el material se deforma y si quitamos la carga la deformación desaparece. Superando este valor límite al sacar la carga se recupera parte de la deformación pero quedan algunas remanentes y permanentes, son deformaciones plásticas.

Tensión σ=P(kg)

F (mm ²) F= Secc. Resist.

Ensayo de tracción. Se aplica carga P sobre probeta normalizada de carga Fa y Long. Lo. Se registra la relación tensión/alargamiento. (σ /l ¿

1 Imagen formada por la reflexión de un espejo plano. Asimetría inversa. Pag.33 Fig.119


En la zona elástica hay prop en las σΔl

. Si seguimos cargando la probeta en llagara a un

valor de rotura. La σes aparente ya que la sección de la probeta va disminuyendo. Por lo que la tensión crece hasta el punto de rotura. Max σ de def elásticas es Límite elástico. (Fluencia).

Toda σ > σ E provocara def permanentes. (Plásticas). Analizando la def plásticas (σ > σ E) en un mono cristal, vemos que aparece una fragmentación en planos paralelos (planos de deslizamiento) Pag.36 Fig.2

Sistemas de planos cristalográficos: conjunto de planos paralelos que pasan por los átomos del mono cristal. La carga actuante se descompone en una dirección normal y una tangencial a los planos de deslizamiento. La componente es τ tención de corte que en situaciones críticas produce el deslizamiento de dichos planos. (Pag.36 Fig3)

Sistema de deslizamiento: conjunto de planos de desliz y una dirección del mismo plano. Estas direcciones y planos son compactos, muy poblados de átomos y por ende los planos están más separados entre sí. Cuando el material se rompe después de una deformación plástica se dice que la rotura es dúctil. De otro modo se trataría de una ruptura frágil. Las tenciones críticas de corte varían con la T, la composición de química y la historia termo mecánica del material.

AUMENTO DEL LÍMITE ELÁSTICO Y LA DUREZA

Todo lo que impida el movimiento de las dislocaciones provocara aumento en la resist a las deformaciones. Aumento deσ e y también de H. Todos los sist de medir dureza se basan

en una def plástica localizada, cuanto menor es la marca dejada, mayor es el σ e y la H.

FORMAS DE AUMENTAR σ e Y H:

Obtención de SS: Los átomos de soluto presentes en la SS al introducirse en la red del solvente producen distorsiones en la red cristalina, lo que dificulta el movimiento de ellas. La nueva SS tendrá mayor σ e y H que los componentes puros. Ej.: Au y Cu

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Afino de grano: Los bordes de grano, como imperfecciones superficiales, frenan el desplazamiento de las dislocaciones. Para afinar el grano es necesario realizar cambios de fase en el metal, a veces es posible por tratamientos térmicos, forja o laminación. De esta forma se trituran los granos y se favorece la segregación.

Presencia de segundas fases en morfología de la estructura granular (fases dispersas): La dificultad al desplazamiento de las dislocaciones que produce, será mayor cuanto más dura, fina y dispersa sea esta segunda fase. La τ tención de corte será inversamente prop a la separación de los obstáculos.

Segundas fases en la estructura:

1- Estructura básica heterogénea: Solidificación con insolubilidad en estado sólido. (eutécticos)

2- Precipitado en ristas: Las segundas fases se presentan en el seno de la matriz.3- Precipitado cono colonias laminares: En el seno de los granos de la matriz. Result de

reacc particulares de algunas aleaciones.4- Precipitado en borde de grano: Clásico de aleaciones con curva de solubilidad.

Reforzamiento externo (RE).5- Precipitado en el interior de grano: La segunda fase, fina, está dispersa. Reforzamiento

interno (RI)

1 2 3 4 5

RE: Se obtiene gracias a la precipitación del exceso de soluto, como consecuencia de la perdida de solubilidad del mismo. Este precipitado se localizada en el borde de grano y producirá un RE.

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L y P

R

K

Fig. 16


Obtención de un RI a partir de un RE: Esto se realiza con tratamientos térmicos2 . Temple: tratamiento térmico con el que se obtiene una estructura menos estable que la inicial. Revenido: TT por el cual se obtiene una estructura más estable que la inicial. (Pero no la más estable posible, esto se logra con un Recocido.) Pag.42 Fig.13

1) Se calienta la RE T > T2 y se deja T = cte. Para permitir la disolución de B y homogenizar la SSα (hipo saturada)

2) (Temple) Se enfría bruscamente, para q no precipite el soluto (B). Obtenemos SSα sobresaturada. Estructura más blanda que la RE inicial.

3) (Revenido) Calentamos T < T2 y dejamos a T = cte. Esto permite que en la SSα sobresaturada precipite y se agrupe el exceso de soluto. Pero la T debe ser la correcta para que precipite en el interior de los granos de α y no en su contorno (difusión justa y necesaria).

La T de revenido: es con la que se consigue que precipite todo el exceso de soluto, con la mínima dispersión. Se obtiene máximo efecto reforzador, pues se ejerce la máxima interferencia al desplazamiento de las dislocaciones. Mayor σ e y H.

El tiempo también colabora, se puede reducir la T de revenido aumentando el t y obtener la misma estructura final. Una pequeña reducción de la T exige u gran aumento de tiempo. Las estructuras RE y RI se llaman estructuras de precipitación y son típicas de los no ferrosos.

Maduración: (el soluto es un compuesto definido) La precipitación se produce a T ambiente entre las 24 y 72hs. Posteriores al temple. Esto en común en los no ferrosos. La baja difusión (a T ambiente), demora la precip y la hace muy fina en el interior del seno de la matriz. Ej.: Al-Cu

Acritud: Cuando se somete a un metal o aleación a una deformación plástica se produce un aumento del σ e y H. Ver deformación plástica Pag.9 (Pág.44 Fig.15).

Durante la deformación plástica las dislocaciones se multiplican y se mueven en sus planos de deslizamiento, agrupándose en regiones de alta densidad, que van formando paredes que separan cada grano. Se forman sub granos, dentro de cada grano, limitados por dislocaciones. A medida 2 Variar la T con el tiempo de diversas formas. Ciclos térmicos.

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que aumentan las deformaciones los sub granos disminuyen su tamaño y por consiguiente aumentan la cantidad de obstáculos que se interponen ante el desplazamiento de las dislocaciones. La acritud se puede eliminar mediante un TT llamado recocido contra-acritud. (Pág. 44 Fig.17)

Aplicaciones industriales de la acritud: Con la acritud aumentamos el σ e y por lo tanto

aumenta el σ adm y así se reducen costos. σ adm=σe

n . Torsión en frio de barras de acero para

aumentar su σ adm a bajo costo. Para cables de líneas aéreas se usa Cu obtenido por traficación, también para alambre de acero de bajo C (luego galvanizado). Con los conductores de Al se utiliza la extrusión.

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO (Fe-C)

Fe puro no tiene interés industrial. Fe-C de uso industrial va desde 0.03%C hasta un 4.5%C. Clasificándolos en dos grupos, aceros (≤2.11% deC) y fundiciones (¿2.11%C hasta6.67%C )

En el diagrama Fe-C los protagonistas son el Fe y el CFe3 (carburo de hierro). Los aceros eutectoides (S) tienen el 0.77%C, los hipoeutectoides C < 0.77% y los hipereutectoides C > 0.77%. En las fundiciones tenemos un eutéctico con el 4.3%C, las hipoeutecticas con C <4.3% y con C > 4.3% hipereutecticas.

La descomposición del CFe3 depende de la velocidad de enfriamiento (enfriamiento rápido inhibe la descomposición) y los elementos de aleación que favorecen la descomposición, como el Si y el Ni (grafitizantes), así como también hay otros que la impiden como el Mn y Cr (estabilizadores del CFe3) La fundición gris esta coloreada por los granos de grafito (negro) que se producen en la descomposición del CFe3 . Esta fundición es fácilmente mecanizarle.

DIAGRAMA Fe- CFe3 METALESTABLE (no registra cambios de fase ) SIMPLIFICADO (no A)

G: (TG=910°C) cambio alotrópico de Feα a Feγ

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Q: (TQ = 768) cambio de prop magnet del Fe.

PK: reacción eutectoide. S: punto eutectoide. C: eutéctico. Abscisa punto B: cambio de aceros a fundiciones. La curva SB: solubilidad de CFe3 en Feγ . La curva PM solubilidad del CFe3 en Feα

LEER ALEACIÓN I, ALEACIÓN II Y ALEACIÓN III (ACEROS) PÁG.49-53

Fig.17

0.10%C 0.40%C 0.65%C 0.77%C 0.95%C

INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS ACEROS: Los aceros vistos son aceros comunes al C y de acuerdo con las normas Iram-Ias se clasifican según la serie 1000. De los 4 primeros dígitos corresponde la familia de aceros, y los dos últimos indican el % de C en centésimos. Ej.: aleación de 0.10% de C será un acero Iram-Ias 1010.

Los hipoeutectoides tienen una matriz de Fta αpe (blanda y dúctil)y un disperso de perlita (duro). Por lo que con aceros de bajo %C la matriz es muy amplia respecto al disperso y los aceros son blandos y deformables, mientras que aumenta el %C la matriz va disminuyendo, va aumentando la presencia de perlita (dura). Con lo que aumenta el σ e y H. En el acero

eutectoide la estructura será 100% perlita. Y los hipereutectoides tendrán mayor σ e y H pero serán frágiles.

REGLA DE LA PALANCA (calculamos el % de componente matriz y el % de disperso).

LEER ALEACIÓN IV, ALEACIÓN V (FUNDICIÓN) PÁG.54-56

TIPOS DE FUNDICIONES: En general son hipoeutecticas, tienen buena colabilidad. La primera división se da entre fundiciones blancas (mucha dureza y resistencia al desgaste, muy frágiles) y fundiciones grises. ( Mecanizable, blanda y menos frágil también gran capacidad de absorber vibraciones, mucha resistencia a la compresión).

Fundición gris perlit/ferritFerrítica: Disperso de grafito

Fundición maleable perlit/ferrit

Fundición nodular perlit/ferritPresenta nódulos(esféricos)

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en forma de láminas irregulares y curvadas. Es blanda y de menor resistencia mecánica, la resistencia y dureza aumenta con la cantidad de carbono combinad, alcanzando valores Max en la fundición gris perlítica.

Proviene de la fundición blanca , lleva un proceso de maleabilización que tiene por objeto transformar todo el C en rosetas dispersas en la matriz. Tiene resistencia y tenacidad.

de grafito en el seno de la Fta α. Los nódulos se forman en la solidificación, debido a la incorporación de inoculantes. (Nb, Mg y Ce). Posee muy buenas propiedades mecánicas.

Importante! : Esquema de fundiciones Pág.58 Fig.21

PUNTOS CRÍTICOS DE LOS ACEROS (donde se produce un fenómeno)

a) Aceros hipoeutectoides: A3 – Sobre línea GOS, al enfriar marca la aparición de Fta αpe.

A1 – Sobre PSK, reacción eutectoide, A se descomp en Fta αp + Cee = P

b) Acero eutectoide: A1 – Reacción eutectoide. c) Aceros hipereutectoides: Acm – Sobre curva de solubil SB, comienzo de la precip de Cepe.

A1 - Reacción eutectoide.

Tanto A3 como Acm cambian el contenido de C del acero, mientras que A1 es cte.

DESCOMPOSICION ISOTÉRMICA Y TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA – DIAGRAMA TTT

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T

Mf

Ms

A1


Existe un único diagrama TTT (Tiempo, temperatura, transformación) para cada acero. Nos permite estudiar los tratamientos térmicos del acero. Las variaciones de T serán siempre en el sentido del enfriamiento. LEER EVOLUCION DE LAS FASES 1 – 2 – 3 EN PÁG.61

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log t

a

b


FACTORES QUE PROVOCAN LA VARIACION DE LOS ti Y td : Se pueden explicar por la acción de los factores que determinan la descomposición de A, fuerza impulsora3 (FI) y difusión (Di). Con T cercanas a A1 la Di es alta y FI baja por lo tanto las t i y td son altos. A T menores los ti y td se van acortando. Por debajo de la nariz perlitica los ti y td comienzan a crecer. La mini T que se obtiene A es Ms.

Cerca de A1 se obtendrán perlitas gruesas. Más abajo aparecerán perlitas finas (sorbitas, trostitas), por debajo de la nariz perlitica se obtienen vainitas. Siempre serán granos más finos, con un reforzamiento interno cada vez mayor de la estructura. (Mayor σ e y H pero menor tenacidad).

REACCION PERLÍTICA: La estructura de 1 FS (A) se transforma en 2 FS (Ftaα y Ce - Perlita) en forma de granos laminares. (Fig. a)

REACCION BAINÍTICA: Se forman granos finos de Ce, bien dispersos en una matriz de Fta α. (Fig. b)

TRANSFORMACION DE LA A: por debajo de Ms se produce la primer parte de la reacción bainitica (cambio alotrópico). Por lo tanto se pasa de 1 FS (A ) a otra FS muy sobresaturada llamada martensita (M).

Esta transformación de A a M se completa al llegar a Mf. La M no es estable, si enfriamos sin cortar CD obtenemos una estructura de M no estable, hemos realizado un temple. LEER EVOLUCION DE LAS FASES 1 – 5 – 8 PÁG.63

MARTENSITA (M): Es una SS de CFe3 en Feα, muy sobresaturada, se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde altas temperaturas. SS por inserción de átomos de C.

No es estable, pero a bajas T se comporta como estable, ya que por más que pase el t no precipita. La M es muy dura y frágil, dado que existe la presencia de átomos de C insertos en la red del Feα, que provoca alejamiento de átomos de Fe vecinos pasando de una red BCC a una BCTetragonal en las zonas que hay C. Quedando así una red distorsionada, dificultando el desplazamiento de las dislocaciones. A > %C > H. La fragilidad de M se debe a las grandes cantidades de tensiones internas. En general la M no es producto final, salvo en la superficie

3 La FI empuja la descomp para que se produzca cambio alotrópico. Esta fuerza crece a medida que nos alejamos del equilibrio. Cuanto > ∆T entre A1 y T de descomposición, > FI

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de piezas que requieren resistencia al desgaste. Cuando se pretende toda la sección de M es para luego realizarle un Revenido, por el cual se obtiene martensita revenida4.

DIJAGRAMA TTT DE ACEROS NO EUTECTOIDES

En estos aceros aparecen puntos críticos A3 y Acm según se traten de aceros hipo y hipereutectuides respectivamente. En A3 se inicia la aparición de la fase Fta αpe y en Acm se satura la A e inicia la precipitación de Cepe. En 1-2-3, en 2’ empieza a separarse la Fta αpe o la Cepe , hasta 2” q se completa la separación y comienza a descomop la A. En la 4-5-6 se va a producir la descomposición de la A sin la separación de la Fta αpe o la Cepe.

DESCOMPOSICIÓN DE LA A CON ENFRIAMIENTO CONTINUO (CCT)

No existen tramos a T = Cte. Las nuevas curvas C’D’ y F’D’ cuando el enfriamiento es continuo se desplazan sobre la nariz perlítica a la derecha y más abajo respectivamente. El t i

mínimo es mayor que en las descomposiciones isotérmicas. Si queremos obtener una martensita, no debemos cortar la curva de comienzo de descomposición, si no cortamos CD, no cortaremos C’D’.

VARIACIONES EN LA POSICIÓN Y FORMA DE LAS CURVAS CD Y FD

4 2FS (Ftaα + Ce) Mejor combinación de propiedades mecánica.18


Cada acero posee un diagrama TTT y dentro del mismo acero ay factores que influyen en su forma. El porcentaje creciente de C y los elementos de aleación desplazan las curvas hacia la derecha. El Mo corre a la derecha el sector por encima de la nariz perlítica, también provoca una saliente en la zona de las bainitas. El Cr hace un efecto parecido pero no tan intenso ya que corre ambos sectores a la derecha. Las inclusiones (partículas extrañas) corren la curva CD a la izquierda (difícil temple). El tamaño de grano austenítico (grano fino desplaza las curvas un poco hacia la izquierda).

AUSTENITA RETENIDA (Ar)

En muchos aceros Mf se encuentra por debajo de 0°C, en estos casos al enfriar para templar no se llega a Mf y no se completa la transformación de A en M. quedando una A remanente no estable llamada austenita retenida. En esos caso se obtine una estructura con 2FS (A y M). Este descenso de los puntos MS y Mf se producen a causa de cierto %C y el % de elementos de aleación. (VER Práctico determinación del PC Ms). En este fenómeno también influye la T de austenización, con valores altos provoca Ar al templar. Las bajas velocidades de temple también favorecen la Ar.

La Ar se comporta como estable a T ambiente, por eso en el revenido se descompone dando perlitas o bainitas. Cuando es posible se debe tratar de suprimir la Ar. Para suprimir la Ar se realiza un temple subcero, que consiste en enfriar la pieza (con N liquido ) por debajo de los 0°C alcanzando Mf. (solo se puede realiz a piezas pequeñas)

TEMPLE DEL ACERO

Se trata de obtener una estructura de M, menos estable que de la cual se parte. Para un temple al 99% M es necesario enfriar a velocidades que no corten CD, por ello cuanto más a la derecha este CD menor velocidad necesitaremos. El propio acero puede ser más o menos templable. También debemos tener en cuenta el factor del medio de enfriamiento o refrigerante que nos dará la velocidad de enfriamiento necesario.

SEVERIDAD DE TEMPLE (Aptitud refrigerante de un medio de enfriamiento)

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S= M2K

(longitud )

M : coeficiente de pelicula enre la superficie de la pieza y el medio de enfriamiento.K : Coeficiente de conductividad termica del acero.El valor de K es practicamente el mismo para todos los aceros. Se puede decir que S depende direct de M. M varia según la agitacion del medio. > agitacion > M. Ej. Agua en reposo S = 1, Salmuera en Rep S=2, Agua fuerte S = 5, Aire reposo S = 0.02.

TEMPLABILIDAD (aptitud de un acero para adquirir temple)

Velocidad critica de temple (Vc): Es la menor velocidad de enfriamiento con la que

determinado acero adquiere temple total. V= ∆T∆ t

(velocidad media).

En las curvas I, II y III obtenemos temple total en la IV obtenemos temple parcial y en V no hay temple. Cada curva nos muestre una V diferente siendo V I> VII> VIII> VIV> VV . La minima velocidad que permite temple total es VIII (curba tangente a CD) y esta es la Vc. Para obtener la Vc de un acero se cambia el medio refrigerante del que depende V, hasta encontrar Vc. Tamnbien podemos definir Vc-50%, sera la minima velocidad a la cual se obtine 50%de M y 50% de estructura de descompocicion.

Diametro critico de temple (Øc): Dado un acero y un medio de enfriamiento se llama Øc al mayor diametro de una barra cilindrica de ese acero con el cual se obtine temple total, en toda su seccion. En las piezas cilindricas a medida que aumenta el Ø, la pieza enfria mas lentamente y hay diferencias ente la curva de enfriamiento de la superficie y la del nucleo. Ø1

< Ø2< Ø3< Ø4

20


El Øc es Ø3 ya que con uno mayor, la curba de enfriamiento de N corta CD (no habría temple total). Podriamos decir que dado un acero y un medio refrijerante, se llame Ø c al Ø de aquella pieza cilindriaca cuyo nucleo enfria a Vc.

GROSSMAN definó un diametro critico ideal Øci 99%M (para un S = ∞), como, el mayor diametro de aquella pieza cilindrica cuyo nucleo, enfriado (S = ∞) 5presenta temple total en toda su seccion.

Grafica de GROSSMAN (relaciona el Øci con el Øc y S): Conociendo el Øci encontrar el Øc con S=4 (a-b-c). El problema inverso (c-b-a). Conocido Øc en un medio (S=4), obtenerlo en otro (c-b-d-e). Conocido el Øci desemos templar al 50%M y devemos encontrar S.

REDONDO EQUIVALENTE

Se llama redondo equivalente de una pieza de seccion cualquiera, al diametro de una pieza cilindrica cuyo nucleo enfria a la misma velocidad que el nucleo de la pieza dada. Se define con centro al punto de mas lento enfriamiento. (Ver practico REDONDO EQUIVALENTE).

ENSAYO JOMINY

Ensayo de recepcion de aceros, en especial para aceros a ser tratados termicamente. Es te ensayo resulto ser practico, rapido, y sin la nesesidad de personal altamente calificado.

Procedimiento: Se calienta una probeta cilindrica (T>A3), lugo se coloca suspendida en un soporte dentro de un recipiente y se enfria haciendo incidir un chorro de agua a presion , T y caudal cte predeterminados sobre su extremo inferior. EE (extremo enfriado).

En EE incide una S=4 o 5 mientras que en el otro extemo, fuera del recipiente S= 0.02. Podemos afirmar que T es, en cada instante , la misma para toda la seccion normal.

La probeta se enfria totalmente y se trata a continuación de determinar hasta donde hay temple total. En un principio la determinación de 99%M se hacia mediante un estudio metalografico en el microscopio (previo pulido y ataque con un reactivo). Luego se desarrollo otro metodo basdo en el estudio de la H de la M. Por lo que, si en las secciones la H,

5 Aquel medio capas de enfriar la sup de la pieza instantáneamente a la T de medio. Este medio no existe.21


comenzaba a disminuir estariamos en presencia de estructuras de descompocición. Tomando durezas a lo largo de la probeta hasta llegar al valor de H para 99%M. Esa distancia en pulgadas es el Indice Jominy (J).

Resumen: 1- luego de enfriado se planea una generatriz. 2- Se determina H con un durometro, partiendo de EE, cada 1/16 de pulgada.(Rockwell C). 3- Se construye una grafica con la dureza obtenida en funcion de la distencia a EE. 4- Se det el contenido de C (carbonometros). 5- Con C entramos en la grafica H-C y obtenemos el valor de h para 50%M. 6- Entramos con H en la curba Jominy y determinamos la abscisa que nos estara indicando la distancia hasta la seccion con 50% de M.

H-C Jominy

BANDA DE TEMPLABILIDAD

Para recepción de materiales se utilizan las llamadas bandas de templabilidad. Hay una para cada acero. Muestran en un gráfico d-H curvas limitadas por Jominy máximo y mínimo.

RELACION J-Øci

Dado que ambas son expresiones de templabilidad, la gráfica nos permite hallar Ø ci para luego ingresar en la gráfica de Grossman y obtener Øc para determinado S.

GRÁFICAS DE LAMONT

Son 11 gráficas: Cada una vale, para los puntos de una sección cilíndrica ubicados a r=nR, siendo R el radio máximo de la sección. Las curvas de Lamont nos dan la severidad de temple del medio con que ha sido enfriada para cada diámetro de barra, para la cual los puntos situados a r de la sección, enfríen a igual velocidad que la correspondiente distancia de J.

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Confección de gráficas: Se toman barras de Ø decrecientes de baja templabilidad. Se calientan hasta A y después se enfrían todas a la vez en el S a graficar. Se toman H comenzando por el r=0R hasta el 1R registrándolas en un gráfico d-H (fig. a) formando la curva de las U. Se realiza un ensayo Jominy con el mismo material, obteniendo una curva J (fig. b), las d obtenidas se registran en el futuro grafico de Lamont. Con un valor de H en r= 0R de la probeta mayor, se ingresa en J encontrando la d para la sección con igual H. Llevando esa d a las abscisas del grafico a construir y con el Ø1 de la barra se determina el punto P1 (fig. c). Se repite el proceso para cada diámetro de probeta (P1 P2 P3), que uniéndolos nos da la curva correspondiente a S aceite en reposo. Se repite para cada r=nR y para cada S.

fig. b fig. c

Usos de la curvas de Lamont: Encontrar templabilidad del acero. Hallamos el índice J al 100%M. Nos dará la d de la sección hasta la cual hay 100% M es decir la sección que se enfrió a Vc. Luego encontramos Grafica de Lamont para r=0R. Ubicamos J en las abscisas, elevaos hasta S=∞ y a las izquierda encontramos Ø cuyo centro enfría a Vc en consecuencia es el Øci.

Determinar la S de temple de un medio de enfriamiento: Se toma valor de H para r=0.8R con ese valor se ingresa en J encontrando la d del extremo templado de la sección a igual velocidad. Con d y con el Ø de la barra, vamos a Lamont corresp a 0.8R y obtenemos el S. (0.8R sugerido por el autor).

23

Fig a


Determinación del ØE de una pieza dada: Se realiza una réplica de la pieza en un acero de baja templabilidad. Se A y se enfría en el medio para el cual se busca el Ø E . Se toman H sobre ptos arbitrarios de la réplica. Se toma el de menor H como el núcleo de la pieza. Con el valor de H entramos a la Banda de templabilidad del acero elegido y obtenemos la sección de un J (d) q ha enfriado a igual V q el núcleo de la réplica. Con el d obtenido ingresamos en la gráfica de Lamont para r=0R e interceptamos verticalmente con S=n, en la ordenada de ese punto encontraremos el Ø2. Ø2 = ØE.

Determinación de la H superficial en una barra de acero conocido, en un medio S conocido.

Ingresamos con ØB en Lamont para r = 1R intersectamos la curva de S=n y encontramos la sección J (dn). Con dn ingresamos en la banda de templabilidad e intersectamos verticalmente la curva J mínima (situación más desfavorable) y en la ordenada encontramos una H que será HSUP.

Determinación de la H del núcleo de una barra de Ø y acero dado, enfriada en un medio conocido: Similar al caso anterior solo que se utiliza la gráfica de Lamont de r = 0R.

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Determinación del medio refrigerante nec para obtener una H determinada en la sup de una barra de Ø y acero conocido: ingresamos en la banda de templabilidad del acero con la H S y obtenemos la sección de la probeta J (d) que posee esa dureza. (J min) Con la d vamos a la gráfica de Lamont r = 1R, desde ese valor elevamos en las abscisas hasta encontrar una horizontal determinada por Ø dado, esto generara un punto que indicara la severidad de temple necesario.

REVENIDO DEL ACERO

El revenido del acero es un tratamiento térmico que se realiza después del temple. El revenido del acero (previo temple) es un calentamiento subcritico (T<A1) durante un tiempo. Con esto se logra una precipitación del exceso de soluto de la M, obteniendo 2FS: Feα+Ce. (Martensita revenida - Mr)

La Mr una estructura blanda y dúctil, con un disperso duro de Ce. Brinda la mejor combinación de propiedades mecánicas. Según la Tr será la morfología de la estructura que obtengamos.

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CASOS DE REVENIDO

Caso 1: Partiento de 100% de M y con Tr < 300°C Comienza la precipitación del soluto (carburo ε). El mismo precipita en forma muy fina y dispersa en el seno de los granos de M (RI). Se reduce la distorcion de la red del Feα, significa < σ E y H. Para Tr entre 100 y 150 °C se registra un pequeño aumento de la H.

Caso 2: (solo si existiera A retenida) Se descompone la Ar dando Ftaα + Ce. Si Tr es cercana a A1 se obtienen perlitas gruesas, si Tr está cerca de Ms dará binita inferior. La estructura de descomp es más dura que la A, se produce un ligero incremento de H. (300 < Tr < 400°C)

Caso 3: Desaparece el carburo ε y comienza la precipitación del CFe3 en el contorno de granos de M, que con la precipitación, va perdiendo C y constituyéndose en la Ftaα Con las distintas Tr la Ce puede pasar a ser constituyente matriz. (Estructura frágil)

Caso 1 Caso 2 Caso 3 *Fig.5

Con mayor Tr se rompe la malla de Ce quedando como disp. Y la Ftaα como matriz (desaparece la fragilidad). Haciendo Tr mayores van disminuyendo la dispersión de Ce, la que se agrupa en menor número de granos y de mayor tamaño. (Disminuye el σ E y H, aumenta la tenacidad)

Caso 4: En los aceros que existes elementos de aleación que forman carburos, se produce, con Tr > 350°C la precipitación de dichos elementos en el seno de los granos de Ftaα en forma fina y dispersa. (RI, con aumento de σ E y H llamado dureza secundaria).

Caso 3 Caso 4

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VARIACION DE LA DUREZA EN EL REVENIDO

La H desciende al efectuar revenidos a > Tr.

a- Tr entre 100 y 150 °C ligero repunte de H, producido por la precipita del carburo ε . RIb- Tr entre 300 y 400 °C hay otro repunte de H, si en el acero teníamos Ar.c- Si el acero contiene elementos de aleación, la precip de los mismos en Tr > 350°C

produce un RI, lo que acarrea a un aumento de H.

ATENUACIÓN DEL EFECTO DE LA “A” RETENIDA MEDIANTE REVENIDO

Se calienta hasta T levemente > que Ms y se deja a T=cte durante un tiempo para permite la descomp de la A, dando vainita inferior. Luego se completa el calentamiento hasta Tr a la cual realizamos el revenido. A esa T la Ftaα de la bainita, precipita su exceso de carburo, dando una estructura muy parecida a Mr, bainita revenida (Br).

FRAGILIDAD DEL REVENIDO

En general en el revenido se tiene > tenacidad con > Tr. Existen algunos casos en que quedan estructuras frágiles. La tenacidad se puede observar en los ensayos dinámicos (ensayo de choque- Charpy o Izod). Existen dos casos de fragilidad en el revenido:

1ro: Fragilidad en revenidos bajos (Tr<300°C): Se obtiene alto σ E y H (*Fig. 5 ), estructura frágil de baja absorción de energía. Si no se puede modificar Tr se recurre a la modificación del acero. Experimentalmente se ha descubierto que con el agregado de 0.5% a 2% de Si desplaza la T de fragilidad hacia los 350°C.

2do: Fragilidad de Krupp: El fenómeno aparece en los aceros al Cr-Ni y en algunos al Mn. Existe un intervalo de Tr critica (400°C<Tr<550°C) en el que aparece esta fragilidad visible en un ensayo Charpy. La fragilidad será mayor tanto más cuanto tiempo se mantenga el acero dentro de los 400°C<Tr<550°C. Actualmente a esta aleación se le agrega Mo, ya que atenúa este efecto.

EL TIEMPO Y LA TEMPERATURA EN EL REVENIDO

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T y t influyen en el revenido de la misma forma. HOLLOMAN obtuvo una expresión que expresa el efecto del revenido en función de T y t:

Hr=K .T (C+log t) (Rc)

Hr= coef de revenido. (unidades de dureza Rockwell C)

K= constante de unidades.

C = coeficiente del acero.

DUREZA POTENCIAL (Hp)

Hf= Hp – Hr: Dureza potencial – Dureza real. (VER EJEMPLOS PAG.93)

DETERMINACION DE Hp

Se toma una muestra del acero a analizar, se practica temple total. (100%M), se somete a un revenido cualquiera, con Hr se encuentre en la gráfica ( ), con un durómetro se toma Hf luego del revenido, con los valores obtenidos de Hr y Hf se calcula Hp.

Fragilidad de Krupp

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO

Temple Incompleto: Se obtiene M en un 50 – 80% de su sección, el resto será mezcla de M con bainitas + perlitas. Este TT se utiliza en casos: Cuando no es posible o conveniente el temple total, o cuando, no interesa tener Mr en toda la sección, como es el caso de las piezas sometidas a torsión.

Recocido (estructuras más estables que las iniciales):

De ablandamiento : Se trata de ablandar el material para el posterior mecanizado, suprime estructuras duras. Ej.: acero colado en moldes.

o Común: Calentar a T>A3 dejar a T = cte para lograr A completa en toda la pieza. Luego enfriar lentamente para que A se descomponga cerca de A1, Lo que nos da estructuras blandas. Para el enfriamiento lento se utiliza horno o cal común.

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Mf

Ms

A3

A1


o Isotérmico: Para una uniforme o determinada H se debe realizar la descomp de la A a T= cte. Luego de la A se enfría a la T elegida con la rapidez necesaria para no cortar CD y luego se deja a esa T para completar la descomposición.

Las ventajas de este método son: Se tiene una estructura más pareja, ya que la descomposiciones a T = cte. Permite elegir la dureza final deseada (Hf). Permite reducir el tiempo de descomposición.

o Oscilante o de Globulización: Se calienta y se anfria por encima y debajo de A1 y se consigue que precipiten los elementos de aleacion (Cr, Mo V, W) como carburos de Cr, de Mo, etc. Formando asi granos globulares. La A libre en estos elementos de aleacion inicia su descompocicion rapidamente porque se ha transformado en un acero de baja templabilidad. Luego con un enfriamiento lento obtenemos estructuras blandas.

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A1

A3

Ms

Mf

A1

A3


Para suprimir tensiones internas : En el proceso de fabricación, como, forjado, solidificación de moldes y mecanizado se producen tensiones internas en las piezas de acero. Para suprimirlas se baja el σ E del material por debajo de dichas tensiones, de manera de producir deformaciones plásticas. Como con el calentamiento el σ E disminuye, se realizan a T< A1 .

Contra acritud : Destruir las deformaciones plásticas en frio. Consiste en calentar a T< A1 durante el tiempo necesario y luego enfriar. Ej.: Chapa laminada en frio, que luego se utilizara para fabricar piezas por def plástica (requiere mínimo σ E y H).Etapas del recocido sub-critico (pag.99 fig. 13):

a) Recuperación- restauración: con Tr bajas se verifica la desaparición de tensiones internas, mientras que se mantiene constante la T y el σ E baja por el calentamiento realizado.

b) Recristalización: A cierta Tr en los granos deformados se inician nuevos granos que se forman en el borde de los granos deformados, crecen barriendo

dislocaciones y así sustituyen los granos existentes. Queda de esa manera grano fino equiaxial y sin acritud. Desaparecen las Tenc.Int.Se produce un fuerte descenso deσ E y H, aumenta la ductilidad.Trecrist.: Se dice a la menor Tr a la cual se detecte Recristalización. Se puede relacionar la def plástica con la Trecrist. A medida que se intensifica el trabajo mecánico en frio, deciende la Trecrist.

c) Crecimiento de Grano: Con > Tr los granos crecen, pudiendo llegar a superar el tamaño original.

TEMPERATURA DE TRANSICION (Tt)

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Es la T o franja de T en los que algunos metales pasan de tenaz a frágil. Esta trancc se produc a T bajas. Estas Tt son importantes ya que se pueden encontrar en el rango de utiliz del material. Se ve en ensayo Charpy que a partir de cierta T el valor de F⃗ absorbida en el impacto cae bruscamente, esa T es la Tt. Generalmente se busca que la Tt sea lo más baja posible, paralelamente se comprueba que el tamaño de grano decrece junto con la Tt. Los elementos de aleación aumentan con la Tt. En general son propios de los metales y aleaciones de red de BCC.

TRATAMIENTOS ISOTERMICOS Martempering : Busca

superar el problema de cambios volumétricos en el temple del material.Se enfría en un medio enérgico de manera de salvar la nariz perlítica hasta T lo más cercana a Ms. Se mantiene a T = Cte. Hasta conseguir la igualacion de la T de la superficie con la T del núcleo, luego, antes de alcanzar CD se completa el enfriamiento. De esa manera la transf de la A en M es casi simultánea en S y N.

Austempering : Casos en los que no se puede obtener 100% de M. tendremos bainitas inferiores. Estas, cuanto más cerca de Ms se obtengan y luego de un revenido más posibilidades habrá de obtener bainita revenida (Br), que resulta ser parecida a Mr. Se procede enfriando rápido

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A1

A3

Ms

Mf

A1

A3

Ms

Mf


salvando la nariz perlítica hasta muy cerca de Ms y se deja T = cte hasta completar la descop. (cortar FD).

Temple interrumpido : Mismo objetivo que el matrempering. Consiste en un enfriamiento rápido hasta pasar la nariz perlítica y luego se pasa a un medio de enfriamiento suave para completar el proceso. Se consigue que la T entre S y N sea menor que en un temple común.

Normalizado (utilizado en acero comunes al C par piezas de máquinas): Consiste en calentar a T> A3 y dejar a T=Cte el tiempo nec para lograr A completa, luego se enfría con S=0.02 a une velocidad comprendida entre el temple y el recocido. Se obtiene grano fino, estructura heterogénea. Factible el mecanizado. Económico y fácil de realizar. Se usa como tratamiento después del temple, obteniendo una Mr con mejores prop mecánicas.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Temple superficial : Es obtener M como producto final en una capa superficial delgada,

manteniendo un núcleo tenaz y resistente. Para conseguir esta estructura de M se hace un calentamiento violento, de manera de austenizar dicha capa, luego instantáneamente se enfría enérgicamente. (siempre evitando la transmisión de calor al núcleo). La fuente de este calor puede ser el oxiacetilénica o por inducción. (oxitemple e indutemple)

Tratamientos termoquímicos :

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A1

A3

Ms

Mf

A1

A3

Ms

Mf


o Cementación : Para aceros que requieren una sup muy dura y un núcleo tenaz. Para conseguir M en la superficie de los aceros dulces6 se debe carburar la superficie llevando su composición a la de un eutectoide. Así se obtendrá en la superficie M de alta dureza. Nos queda entonces una pieza constituida por dos aceros uno en la superficie y otro en el núcleo. Para realizar la cementación, se comienza por calentar la pieza hasta austenizacion completa (T>A1) en contacto con una sustancia que cede C (agente cementante). La A quiere C porque está lejos de la saturación, por lo que lo absorbe rápidamente. Esta absorción se produce hasta poca profundidad por la baja velocidad de difusión. Seguidamente del cementado se produce un temple que dará M en la superficie7. Se calienta hasta la A1 con lo que se logra austenizacion completa en la S y luego se enfría bruscamente para templar. Este temple permite difundir y “redondear” la zona de C, lo cual reduce considerablemente el riesgo de descascarillamiento. A continuación se realiza un revenido suave 100> Tr >150 °C para suprimir tenciones internas en la zona templada sin perder H superficial.

Agentes cementantes: Son sustancias que ceden C a T > 900°C. Cualquier tipo de cementante hace la cesión de C mediante gases (CO o CH4) en contacto con el acero se disocia y el C se funde con el Feγ . Los agentes cementantes pueden ser:

a) Cementación sólida: carbón de leña en polvo y un catalizador, cuyo efecto es activar la incorporación de C. (CO3Ba). Este tipo de cementante es barato y no requiere instalaciones costosas.

b) Cementación Liquida: Se utilizan baños de sales fundidas a base de cianuro (CNNa), acompañados de cloruros y carbonatos de Na. La cementación líquida ha suplantado la sólida en muchos casos, ya que presenta las siguientes ventajas: Menor mano de obra, resultados más parejos, más rápida, posibilidad de templar desde la T de carburación.

c) Cementación gaseosa: Utiliza gases carburantes (propano butano metano) acompañados por algunos gases de relleno (CO CO2 H2 N2). Tiene similares ventajas que la liquida, con la

6 Contenido de C de 0.10 a 0.20%. poseen estruct granular compuesta por una matriz amplia de Fta α7 Capa cementada: delgada con e<0.5mm. media con 0.5<e<1.5mm. capa gruesa e > 1.5mm hasta 4mm.

33

A

1

A3MsMf


limitación del tamaño de la pieza, pero con la posibilidad de poder automatizar el proceso.

Protección de capas que no se desean endurecer: Cobreado electrolítico. Se cubre con laca las superficies que SI se quieren endurecer. Se sumerge la pieza en un baño electrolítico, donde el Cu se deposita en los lugares no pintados, protegiendo esas zonas del ataque del C.

o Nitruración: Se basa en la absorción de N por parte del acero, en su superficie. Para esto se emplea NH3 (amoniaco) gaseoso, el cual a T 500°C se disocia dando N atómico que es muy activo. El N atómico ingresa a la S de la pieza combinándose con Fe, Cr, Al, Mo, dando nitruros. Estos nitruros son duros y confieren esta prop a la S. (capa de N de 0.2 a 0.7 mm). Tiempo de este proceso es entre 50 y 80 hs. Proceso: La pieza, previamente templada, revenida y mecanizada se coloca en cajas metálicas con agujeros en sus paredes, luego se colocan en el horno de nitruración y se hace pasar el NH3 a la T del proceso. Las principales ventajas de la nitruración son que da una elevada dureza. (55 a 70 Rc), alta resistencia a la corrosión, ausencia de deformaciones (no hay cambios de fase ni enfriamientos bruscos, < T), facilidad de proteger áreas que no se desean nitrurar y retención de dureza a elevada T.Las desventajas son el elevado costo de las instalaciones necesarias y el tiempo de demanda el proceso.

o Nitruración Iónica :

o Sulfurización: Otorga resistencia al desgaste, sin aumento de la H. Consiste en un baño de sales a base de azufre a T 500°C. En la superficie quedan compuestos de azufre lo que ejerce un efecto lubricante (reduce desgaste)

Bombardeo con perdigones (shot peening): No es un TT. Consiste en bombardear la superficie de la pieza con perdigones de acero. Su efecto es de acritud y se inducen tenciones residuales de compresión, lo que incrementa la resistencia a la fatiga y evita lar roturas que se inician en la superficie.

CALENTAMIENTO PARA TEMPLE RECOCIDO Y NORMALIZADO34


Calentamiento: se realiza en hornos o baño de sales. Siempre la T de S es> que la T de N. Esto significa que el cambio alotrópico no se produce al mismo tiempo en S y N. Este cambio que comienza en A1 va acompañado de una contracción en la S mientras que en N, por encontrarse a < T, se continua dilatando. Esto genera grandes tenciones que acarrea posibles fisuras. Este inconveniente tiene importancia en piezas de gran tamaño donde el T de S y N es apreciable. Para los hornos se recomienda una duración del calentamiento desde T = 0 a 850°C a razón de 30min. /pulgadas de diámetro. El estado de la superficie de la pieza, influye en la duración del enfriamiento, siendo dos o tres veces mayor en superficies pulidas que en superficies rugosas. El calentamiento más efectivo es el que se logra con baños de sales.

Permanencia a T=cte.: Esta T oscila entre 20 y 70°C por encima de A3 para hipoeutectoides, según el tratamiento de que se trate: Temple: 40 a 60°C, Normalizado: 50 a 70°C y Recocido: 20 a 40°C. La T se limita para que no halla crecimiento de grano de la A. La permanencia de una A homogénea. Se requiere tiempo para que se distribuya homogéneamente por difusión. La difusión se ve afectada por las segregaciones no metálicas, que forman barreras en las zonas intergranulares. Con > T la homogenización se acelera. Se prefiere calentar a < T y mantener a > t.

En general el tiempo de permanencia es de 30min/pulgada de espesor.

Temperatura de austenizacion para el temple: Esta T difiere en los aceros hipereutectoides, respecto de otros, en los hipoeutectoides rondan los 50°C sobre A3 y los eutectoides es el mismo rango pero sobre A1. Cuando se calienta A1<T<Acm no hay austenizacion completa, sino una estructura de matriz A y disperso de Cepe. A incompleta entre 760 y 800°C. Al templar, después de la T = cte se obtendrá una estructura de M + Ce. Y luego de un revenido Mr. Al calentar entre A1 y Acm se obtenga una matriz de Cepe con lo que después del temple y revenido nos quedara una estructura frágil. (Leer pág. 114)

ALEACIONES RESULTANTES DE UNA REACCION PERITÉCTICA (RP)

Estas reacciones se producen a T = cte, hace desaparecer la FS y FL para formar una nueva FS distinta a la primera: FS + FL = Y

Debe existir una composición exacta llamada composición perictectica. Cualquier composición diferente a esta origina, después de la reacción perictectica, residuos de alguna de las fases originales. Este remanente puede disminuir a < T.

Durante el enfriamiento se van formando granos de FS disperso en una matriz liquida (fig. a). Al llegar a la T de la RP el líquido reacciona con una parte de la periferia de los granos, se forman sobre ellos una capa de solido Y (fig. b). La reacción del líquido con los granos primitivos de FS se realiza por difusión a través de la periferia de Y hasta completarse (fig. c). Si la T de la RP no es suficiente no existe difusión y queda una estructura con tres FS presentes: granos de FS original, con una envoltura de componente "Y" y una matriz de ambos. (fig. d).

Fig. a Fig. b Fig. c Fig. d

35


Con enfriamientos lentos y recocidos posteriores disminuyen el efecto.

LEER CASO PERICTECTICO “Y” COMO SS y COMO UN CD (PÁG.116-118)

SIDEDURGIA

Es la metalurgia de los ferrosos. La materia prima es el mineral de Fe.

Minerales de Fe:

Los minerales utilizados son aquellos que poseen un contenido de Fe suficiente y no llevan elementos indeseables. Se pueden citar:

Hematita roja – Fe2O3 (Oxido de Fe común.) Hematita parda o Limonita – Contiene Fe2O3 H2O (a 800°C el agua se va) Magnetita – Fe3O4

Siderita - CO3 Fe

Ley de un mineral (contenido porcentual en peso del metal que nos interesa):

36


Ley= Kgde FeKgdemineral

.100

Se utilizan minerales con una ley desde el 25%, mayormente se usa una ley de >55%. En un mineral se deben distinguir dos partes:

La mena: es la que contiene el mineral que nos interesa.

La ganga: no contiene metal que nos interese, o bien lo contiene en forma no aprovechable.

El mineral extraído, pasa por la molienda y tamizado, si la ley y la ganga son adecuadas va al Alto Horno para obtener arrabio. Pero si no es apto se debe someter a una concentración y previa aglomeración:

Concentración: mejora la ley del mineral, quita de la ganga alguno de sus componentes indeseables. Hay varios tipos de procedimientos, la aprovechamiento de la sensibilidad magnética del Fe y la diferencia de pesos específicos son algunos.

Aglomeración: se unen los finos del mineral, para formar trozos de mayor tamaño, para que no tapen el pasaje de gases en el AH y que adquieran resistencia para soportar la carga de la columna del AH. Métodos usados, peletizado y sintetizado.

COMBUSTIBLES DE USO SIDERÚRGICO

En siderurgia se usan combustibles sólidos (carbón, coque, carbón de leña), líquidos (gas oíl, fuel oíl), y gaseosos (GN, gas de coquería, de AH y de gasógeno).

El carbón es un mineral que contiene principalmente C. Según su antigüedad es su contenido de C. mientras más antiguo más C y por lo tanto genera más calor.

Tipos de carbones:

Antracita >90%C Hulla 75 y 90%C Lignito 60 y75%C Turba <60%C

El carbón además de C contiene H2, O2 y volátiles. Estos están en estado gaseoso a T ambiente y se encuentran adsorbidos8 dentro de las grietas del carbón. Se encuentran condensados pese a que la T es > que su T de ebullición.

Dentro de los volátiles tenemos: H2, O2, N2, CO, CO2, CH4, SO2, NH3, H2O. Para aumentar el poder calorífico del carbón, mediante la coquización se le extraen los volátiles (se obtiene COQUE). Este proceso consiste en una destilación seca del carbón. (se calienta el carbón en ausencia de O2, para evitar que se queme). También se mejora la resistencia a la compresión, factor necesario para el AH. Se puede obtener coque de leña, con el mismo proceso. La coquización se realiza por dos métodos:

En hornos de colmena, quemando los volátiles.

8 Atraer y retener en la superficie de un cuerpo molécula o iones de otro cuerpo.37


En el horno de subproductos, en el que se recuperan los volátiles, como, CO + CH4 llamado gas de coquería. El cual se utiliza en el mismo proceso de obtención de coque. El sobrante de volátiles obtenidos se pueden utilizar para la fabricación de plásticos, insecticidas, fertilizantes o explosivos. Un elemento es coquizable si luego de la destilación seca adquiere resistencia suficiente para la compresión en el AH.

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coque – fundente -mineral Gas de AH

Arrabio


ALTO HORNO (AH)

Reducción de mineral de Fe. (Quitar O2 de un compuesto químico).

Al AH se introducen:

Mineral: De este se extrae el Fe El mineral ingresa por la boca del AH y desciende en contracorriente de la circulación de los gases de combustión. La carga se hace alternativamente, coque, fundente, mineral,… etc. La carga de coque debe mantenerse cte en el crisol y parte del etalaje. A medida que se consume el coque va aumentando su temperatura, en la parte superior se seca y luego se reduce, gracias al CO contenido en los gases ascendentes. Fe2O3 + CO 2FeO + CO2 (reducción indirecta)

Después, y gracias al C suministrado por el coque se produce la reducción directa.2FeO + C 2Fe + CO2

El Fe se funde en el etalaje a T = 1700°C, cae en forma de gotas al lecho de fusión, a través de los espacios libres que deja el coque. En este camino absorbe C (y también lamentablemente S). Al carburarse baja su T de fusión y se mantiene liquido en el crisol. El producto extraído del AH se llama arrabio y es una fundición. El arrabio se extrae 4 a 6 veces/día en un proceso llamado sangría, que consiste en perforar el tapón colocado en la piquera de colada y sacar el metal, guiándolo por unos canales de arena refractaria hacia vagones termo y se los lleva a destino. (la acería o la maquina lingotera para la posterior segunda fusión)

Coque: El coque en el AH cumple tres funciones, genera calor mediante la quema con O2 (reacción exotérmica), reduce, suministra C para la reducción directa, así como también en la reducción indirecta interviene el CO. De la reducción indirecta queda un exceso de CO en los gases de escape de AH (que es combustible pobre con unas 900cal/m3N). El coque también es carburante ya que aporta C que es absorbido por Fe.

Fundente: debe mezclarse con la ganga, las cenizas, los desprendimientos de refractario para obtener un producto que funda a la T de AH. Ya que todos estos elementos nombrados tienen una T de fusión distinta y > que la del interior del AH. Como fundente se utiliza la caliza o calcita, que es un elemento de reacción básica. El óxido de Ca reacciona con la sílice (difícil de fundir, presente en la ganga y refractario), dando silicato de Ca de baja T de fusión. Este elemento forma posteriormente la escoria, la cual por menor peso específico flota sobre el arrabio. (fácil de eliminar por el escoriador)

Aire: Suministra el O2 para la combustión (precalentado a 600 u 800°C)

Fuel oíl – Gas natural: reduce el consumo de coque (costos). (0.5tc/1ta). Acelera considerablemente la generación de calor en menor tiempo.

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AGUA: Refrigerante del refractario. El agua circula por el interior de la pared del etalaje.

Del AH se extrae:

Arrabio: fundición de primera fusión, no es producto final.

Arrabio básico (fabricación de acero), arrabio común (fundición), arrabio hematite, arrabio semifosforoso, arrabio fosforoso.

Escoria: Se recibe en un depósito con agua para que el enfriamiento la fraccione. ( se usa como agregado al hormigón)

Gas de AH: es combustible. Lleva un proceso de limpiado para extraerle los polvos del AH.Se reduce su velocidad en un tubo que aumenta su sección. Caen las partículas más gruesas.Se lo lleva a un ciclón, en el que por fuerza centrífuga se separan partícula menores.Se hace un lavado a contracorriente de una lluvia de agua.Pasa por un precipitador electrostático, que mediante unas placas paralelas con una carga eléctrica de 30000V atraen las partículas sólidas.

PRECALENTAMIENTO DEL AIRE PARA EL AHRecuperadores COWPER: sobre una pieza refractaria se hace incidir una llama proveniente de gas de AH, el refractario se calienta hasta cierta T. Se hace pasar una corriente de aire, el cual se calienta, hasta que se enfría el refractario y se reinicia el ciclo. Estos dispositivos se utilizan 3 en rotación para tener un flujo continuo de aire.

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ALTOS HORNOS A CARBON DE LEÑASe utilizan cuando: Imposibilidad de obtener carbón mineral (costos), disponibilidad de leña barata, no necesidad de grandes producciones diarias (50 ton/día). Este AH es más bajo por que la resistencia a la compresión del carbón de leña es mucho menor. El arrabio obtenido es muy bajo en S (muy bueno).

REDUCCIÓN DIRECTA DEL MINERAL DE Fe (RD)Toda reducción de Fe que no sea AH. Mencionaremos algunos:

H y L: Emplea como reductor gas natural, el cual es convertido en una mezcla de CO y H2, ambos reductores. El producto obtenido se llama esponja ferrosa (alto contenido de Fe, con hasta un 1.5%C). Durante el proceso no se puede eliminar la ganga, se requiere buen mineral.

Midrex: Es igual al anterior, solo mejora las tecnologías en el reactor y reformador.

Kinglor-Meteor: Emplea carbones de muy mala calidad, que actúan como combustibles y reductores. Se obtiene un concentrado ferroso llamado nódulos ferrosos.

FABRICACIÓN DEL ACERO

El acero se obtiene a partir de esponja ferrosa, arrabio y chatarra de acero. Cuando se obtiene acero de arrabio se llama afino o afinación. Los tipos de hornos para fabricar acero

son:

1) Convertidor 2) Horno Eléctrico 3) Siemens-Mártin

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1) Convertidor LD: Afino de una fundición por adición de O. La carga ingresa en estado líquido, a un recipiente de chapa recubierto con refractario, al cual se le introduce una lanza refrigerada, por la cual se inyecta el O2 industrial. El extremo de la lanza se encuentra por encima del metal. El refractario es a base de dolomita, esto hace que el contenido de Si se limite en el afino (0.5 – 1%). En el proceso debe formarse una escoria básica, por eso se introduce 1/6 del peso del metal en cal viva.

Proceso:

Escorificación: Reacciona el O2 con el Fe, Mn y Si, dando óxidos. Estos componentes reaccionan a su vez entre si dando, silicato de Fe y de Mn que pasan a la escoria.

Descarburación: El C reacciona con el O2 dando CO dentro del baño y CO2 en la boca del horno en donde combustiona y produce una característica llama azul. La T va subiendo mientras que el % de C baja hasta 0.05 0 0.10%. Ya se tiene acero.

Desfosforación: El P se ha venido oxidando en etapas anteriores y formo pentóxido de fosforo. Este reacciona con la cal de la escoria y da fosfato tricálcico, que en una reacción muy exotérmica eleve la T a 2500°C

Periodo de calma: Sin reacciones exotérmicas el acero comienza a enfriarse. Se retira la lanza y se inclina el horno a la posición de carga.

Adiciones finales: Se le agrega Mn y Si como desoxidantes, los cuales son retirados luego como óxidos en la escoria. También se lo recarbura hasta el nivel deseado, agregando carbón de leña, grafito, viruta de fundición, o lingotes de arrabio. Si se fabrican aceros aleados se agregan elementos de aleación. Para bajar la T de solidificación de un acero se le puede agregar chatarra de acero. Finalizado los ajustes de composición y llegado a la T adecuada, se lleva el horno a la posición de descarga y se vuelca el contenido en las cucharas de colado.

Existen variantes del convertidor LD: OLP, STORA-KALDO, OBM.

2) Hornos eléctricos de arco (HE): Aprovechan la energía eléctrica generada por un arco (calor), la cual puede establecerse entre un electrodo y la carga metálica o entre dos electrodos. El mejor rendimiento se obtiene con los que ambos electrodos inciden en la carga, el arco salta de un electrodo al baño y de este

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al otro electrodo (horno HEROULT), estos van bajando para mantener el arco constante hasta el momento de la colada. Actualmente los hornos son todos trifásicos. Tienen tres electrodos.

Estos hornos tienen capacidades de 30 a 300 toneladas. En él se fabrican aceros comunes para laminación.

Chatarra + Esponja ferrosa HE Acero líquido Colada continua Laminados

Hornos de inducción con núcleo: Sobre el núcleo del transformador tenemos un enrollamiento de alambre de cobre por el cual circula corriente, En el horno el secundario está formado por un canal anular en el que se coloca el metal a calentar y fundir. Este horno es usado para metales y aleaciones no ferrosas.

Hornos de inducción sin núcleo: El funcionamiento se basa en las corrientes parasitas inducidas en la periferia del núcleo de una bobina, por la que circula una corriente variable a cierta frecuencia. Se utilizan para la obtención de aceros especiales y fundición nodular. Estos hornos pueden tener cualquier tamaño y son de excelente rendimiento.

Horno Siemens-Mártin: Horno de solera abierta, admite carga sólida y liquida y el afino se realiza mediante acción de óxido de Fe. Reemplazado por los HE.

COLADO DEL ACERO

El acero líquido se recibe en la cucharas (cuchara tetera y cucharas de colado por el fondo).

DESTINO DEL ACERO LÍQUIDO:

Moldes: piezas en bruto de colada.

Lingoteras: Son de fundición y resisten el calor de fusión del acero gracias a su espesor, el cual es capaz de absorber el calor del acero y solidificarlo. La solidificación se produce desde las paredes y el fondo, finalizando desde el centro de la superficie hacia el núcleo, donde queda una depresión llamada rechupe, originada por la contracción de la solidificación tardía de este sector. Pera suprimir el rechupe se suministra metal liquido durante la solidificación en un montante de refractario, que luego de completada la solidificación es retirado y el exceso que queda (contiene el rechupe) es retirado por oxicorte.

Colada continua: El acero ingresa en un molde de paredes refrigeradas, donde comienza a solidificar, mientras su núcleo esta líquido y completa su solidificación un

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soplete oxiacetilénico, que se desplaza a la misma velocidad que la barra, hace el corte del largo pre-establecido. Con este proceso actualmente se obtiene chapa de ½ pulgada de espesor por un metro de ancho.

LEER PRODUCTOS SIDERÚRGICOS, SIDERURGIA, PAG. 19 – PERFILES - CHAPAS

CUBILOTE (Fundición de segunda fusión)

Se introduce:

Carga metálica: Arrabio, chatarra, retornos, ferroaleaciones y esponja ferrosa.

Coque: Actúa como combustible y carburante.

Fundente: Forma escoria.

Aire: Para suministrar O2 para la combustión. (Gas natural, Oxigeno industrial)

Se extrae:44


Fundición de segunda fusión, escoria y gases de combustión (contienen CO)

ALUMINIO(Al)

El Al se encuentra en la naturaleza junto a otros elementos, el más utilizado es el Al obtenido a partir de la Bauxita.

La metalurgia del aluminio (Al de primera fusión) consta de dos fases:

Obtención de bauxita, empleando el método Bayer, por el cual se realizan una tostación, molido fino, reacción en caliente con hidróxido sódico y la separación del aluminato de Na, para finalmente descomponerlo en oxido de Al hidratado.

Luego, por el proceso Hall-Heroult, la alúmina se disuelve en un baño fundido de Criolita (fundente y solvente de la alúmina) y por electrolisis con ánodo – cátodo de carbono, se separa el Al metálico con un 99.5 a 99.9% de pureza.

Características y propiedades:

Físicas: Red cristalina FCC, no magnético, T de fusión 660°C, 1/3 peso específico del acero, el doble de coeficiente de dilatación que el acero, la conductividad es del 60% de Cu.

Mecánicas: Modulo de elasticidad 1/3 del que posee el acero, la resistencia varia principalmente por tratamientos, como, acritud de una deformación plástica, modificación de tamaño de grano y proceso de obtención de aleaciones.

Aplicaciones: Se utiliza en laminados, perfiles, chapas y piezas de moldeo. Sus principales ventajas son el poder de auto protegerse de la corrosión y su bajo peso específico.

ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO

Diagramas binarios entre Al y elementos más utilizados.

Componente genérico X en Al, Según X se obtendrán distintos valores de Xsm XE XCq TE y CD Alm

Xm

Sistema Xsm XE XCq Alm Xm TE

Al-Si 1.65 12.7 100 Si 577Al-Fe 0.025 1.9 40 Al3Fe 655Al-Mg 17.4 33 35 Al3Mg2 449Al-Cu 5.65 33 55 Al2Cu 548Al-Ni 0.05 5.7 42 Al3Ni 640Al-Mn 1.82 1.95 25 Al6Mn 658.5Al-Sn 0.01 99.5 100 Sn 229

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Tratamiento de endurecimiento del aluminio y aleaciones: Se puede endurecer por la deformación plástica en frio, que puede complementarse con un recocido que produzca recristalización. Los TT aplicables a las aleaciones se componen de una etapa de solubilización, en la cual T> saturación, luego se realiza un temple y después un revenido a la T conveniente para que se produzca un reforzamiento interno.

PROTECCIÓN DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO CONTRA LA CORROCIÓN

La solución a estos problemas es:

El placado con un metal protector, se introduce en una laminadora simultáneamente la aleación con dos placas de aluminio a los lados de un espesor del 5% de la aleación con un poco de temperatura en el proceso, que logra, una unión por difusión cristalina.

Oxidación anódica, consiste en provocar una oxidación superficial mediante la inmersión de la pieza en un baño electrolítico apropiado, en el cual la pieza actúe como ánodo.

SOLDADURA DE Al

Uno de los inconvenientes de la soldadura es el elevado coeficiente de dilatación del Al, provocando deformaciones, tenciones, y fisuras por la gran contracción. También el Al tiene una gran afinidad con el O2 lo que produce la formación de alúmina. (Impide que la unión sea perfecta.

Los métodos a utilizar son: Soldadura de baja T, Soldadura de soplete con oxiacetilénico, soldadura por arco eléctrico, soldadura eléctrica por resistencia, soldadura por arco eléctrico con atmosfera de H2, Soldadura eléctrica con atmosfera inerte TIG. (Argón o helio)

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Teoría de Aluminio incompleta

ACERO

Clasificación del acero según su composición química:

Las normas IRAM dividen a los aceros en dos grandes grupos, para construcciones mecánicas y para estructuras.

Acero para construcciones mecánicas:

Utilizan un código de cuatro números, el primero indica la familia del acero: 1- C 2- Ni 3- Cr Ni 4- Mo 5- Cr 6- Cr V 7- Ni Cr V 8- Ni Cr Mo 9- Si Mn

El segundo indica en algunos casos el % del elemento o en compañía con el primero la aleación predominante.

Como ya sabemos los dos últimos indican el % de C.

Aceros comunes al C: Estos aceros además de C poseen impurezas normales que están siempre presentes en el en cierto porcentaje: Si (0.05 a 0.3%) Mn (0.5 a 1%) P (<0.04%) S (<0.04%)

El Si y el Mn se consideran impurezas aceptables, en cambio el P y S son perjudiciales.

Si: desoxida, en el acero forma compuestos solidos con el O2 de esa forma evita la formación de CO y CO2 que pueden provocar sopladuras.

Mn: desoxida, forma SMn (partículas diminutas y dúctiles), evita que se forme SFe que es perjudicial para el acero.

S: Es nocivo para el acero, forma SFe (eutéctico que funde a 700/1000 grados), provocando fisuras en caliente.

P: produce fragilidad en frio, provoca segregación dendrítica.

Excepcionalmente el acero puede tener otras impurezas en muy bajos contenidos. (Al, H, N, O, Sn)

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Teoría de Aceros Incompleta

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Gran resumen de Materiales Metálicos

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