Metales y Aleaciones Ferrosas Grupo 2

ALFREDO AVENDAÑO

LENNARD CLAVIJO

MIGUEL ROMERO

BRIAN VIBANQUE JIMENEZ

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

ISABEL LINARES DE MORENO

UNIVERSIDAD DE LA COSTA CUC.

FACULTAD DE INGENIERÍA

BARRANQUILLA

2013

METALES Y ALEACIONES FERROSAS


ESTRUCTURA METODOLÓGICA DE INVESTIGACIÓN 1. RESUMEN...................................................................................................................3

2. OBJETIVOS.......................................................................................................................4

a. OBJETIVO GENERAL..................................................................................................4

b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................................4

3. JUSTIFICACIÓN............................................................................................................5

4. MARCO...............................................................................................................................6

a. MARCO TEÓRICO........................................................................................................6

5. DELIMITACIONES..........................................................................................................28

a. DELIMITACIÓN TEMPORAL.....................................................................................28

b. DELIMITACIÓN ESPACIAL.......................................................................................28

c. DELIMITACIÓN DE LA POBLACIÓN.......................................................................28

6. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN................................................................................29

7. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................30

10. APUNTES IMPORTANTES.............................................................................................31

1. RESUMEN

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La Universidad de la Costa (CUC), a través del departamento de ciencias básicas y la asignatura ciencia de los materiales, me permite presentarle el trabajo de investigación sobre la familia de los metales y aleaciones ferrosas, hierro y como se produce, diagrama de fase (Fe-Fe3C) e importancia del acero.

Se hace importante la presentación de una investigación para su correcta ejecución a la hora de trasmitir el conocimiento y un excelente desempeño en este campo, el cual tendrá todos los pasos a seguir de manera práctica y teórica de la realización la presentación de la investigación.

La investigación tendrá una dirección sobre los metales ferrosos, como su nombre lo indica su principal componente es el hierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Un ejemplo claro y común da las aleaciones ferrosas son Los aceros, son las más importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas

La presentación corre de manera creativa por los investigadores, para su mejor apariencia y su éxito a la hora de la presentación.

2. OBJETIVOS

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a. OBJETIVO GENERAL.

Presentar una investigación sobre la familia de los metales y aleaciones ferrosas, hierro y como se produce, diagrama de fase (Fe-Fe3C) e importancia del acero.

b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

1. Analizar la familia de la familia de los metales y aleaciones ferrosas, hierro y como se produce, diagrama de fase (Fe-Fe3C) e importancia del acero.

2. Informar de manera creativa todos los conceptos la familia de los metales y aleaciones ferrosas, hierro y como se produce, diagrama de fase (Fe-Fe3C) e importancia del acero.

3. Desarrollar competencia en el conocimiento de los temas investigados.

3. JUSTIFICACIÓN

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Porque se hace necesario tener claro todo concepto alrededor de un adecuado estudio sobre la familia de los metales y aleaciones ferrosas, hierro y como se produce, diagrama de fase (Fe-Fe3C) e importancia del acero, que nos permitirá introducirnos al asombro del estudiantado presente y al docente, teniendo en cuenta el desempeño profesional en los ámbitos laborales y de los conocimiento.

La presentación fue seleccionada teniendo encuesta los grados de gustos de los integrantes a la hora de cualquier presentación, y por la determinación por parte del docente buscando ampliar los conocimientos dados por la investigación.

4. MARCO

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a. MARCO TEÓRICO

LOS METALES

Se llama metal a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.

El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas:

METALES PUROS.

Son aquellos que están tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o alteración. Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trae y el estado en el que se encuentra. La estructura de los metales puros, cuando están en su estado sólido, sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser reconocidas fácilmente por sus propiedades químicas, física.

LAS ALEACIONES

Es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.

Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos: Fe, Al, Cu, Pb. Pueden tener algunos elementos no metálicos, como: P, C, Si, S, As. Para su fabricación se mezclan llevándolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan.

Tiene en cuenta el elemento que se halla en mayor proporción (aleaciones férricas aleaciones base cobre, etc.) Cuando los aleantes no tienen carácter metálico suelen hallarse en muy pequeña proporción, mientras que si

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http://es.wikipedia.org/wiki/Mezcla

http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica


http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor

http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_met%C3%A1lico

http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materiales

http://es.wikipedia.org/wiki/Cationes

http://es.wikipedia.org/wiki/Iones

http://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_(elemento)


http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Elementos_qu%C3%ADmicos


únicamente se mezclan metales, los aleantes pueden aparecer en proporciones similares.

ALEACIONES FERROSAS

Son básicamente aleaciones de hierro y carbono. Las fundiciones de hierro, contienen mas carbono del necesario para saturar la austenita a temperatura eutéctica y por lo tanto contienen entre 2 y 6,67%. Como el alto contenido de carbono tiene a hacer muy frágil al hierro fundido, la mayoría del material fabricado contiene entre 2,5 y 4% de C. La ductilidad del hierro fundido es baja, lo que hace que no siempre pueda trabajarse ni en frío ni en caliente. Sin embargo, es relativamente sencillo de fundir y colar sobre moldes de formas complejas. Aunque son frágiles y sus propiedades mecánicas son inferiores a las de los aceros, su costo bajo, su fácil colado y sus propiedades específicas los hace uno de los productos de mayor tonelaje de producción en el mundo.

TIPOS DE HIERRO FUNDIDO

El mejor método de clasificación es de acuerdo a su estructura metalográfica. Las variables a considerar son: el contenido de carbono, los aleantes, las impurezas, la velocidad de enfriamiento y el tratamiento térmico. Estas variables controlan la condición y forma del carbono en la estructura.

El carbono se puede presentar en forma libre (grafito) o combinada (Cementita). La forma y distribución del carbono influirá grandemente en las propiedades físicas de la fundición. Se pueden clasificar en:

Fundición blanca : donde todo el carbono se encuentra combinado Fundición Gris : la mayor parte del carbono se encuentra sin combinar en

forma de grafito

Fundición Maleable : Carbono mayormente sin combinar en forma de nódulos irregulares o carbono revenido

Fundición nodular: Mediante aleantes especiales, el grafito forma esferoides compactos.

Fundición especial : Las propiedades y estructura de las anteriores se modifica por el agregado de aleantes

Bibliografía - Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Mc Graw Hill, 4°, Edici.

FUNDICIÓN BLANCA

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Las fundiciones blancas no contienen grafito libre, en cambio todo el carbono se presenta combinado como Fe2C. Sus características son:

Excepcional dureza y resistencia a la abrasión Gran rigidez y fragilidad Pobre resistencia al choque Dificultad para lograr uniformidad de estructura metalográfica

según el espesor

Desde el estado líquido, se forman cristales de austenita que disuelven cada vez más carbono hasta llegar a la temperatura eutéctica, en donde el liquido remanente reacciona para formar el eutéctico ledeburita y cementita. Como la reacción ocurre a alta temperatura (1100`C) la ledeburita aparece como una mezcla gruesa. Al bajar la temperatura, la austenita segrega carbono porque baja la solubilidad, de manera que da lugar a la precipitación de cementita proeutectoide mayormente sobre la cementita ya presente.

A la temperatura eutectoide (723`C), la austenita con 0,8% de carbono se transforma en perlita por la reacción eutectoide.

La estructura típica de una fundición blanca consiste en dendritas de austenita transformada (perlita) rodeadas de una red interdendrítica de cementita. La cementita es un compuesto intermetálico duro y frágil que forma una red interdendrítica. Esta característica hace a la fundición blanca muy dura y resistente al desgaste pero frágil y difícil de maquinar. Su aplicación esta en aquellos lugares donde la resistencia a la abrasión y desgaste es lo más importante ya que no admite ninguna deformación.

Sus propiedades mecánicas son las siguientes

Dureza Brinell entre 375 y 600 Resistencia a la tracción entre 130 y 500 MPa Resistencia a la compresión entre 1,4 y 1,7 GPa

FUNDICIÓN GRIS

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Es la que más se utiliza en la industria. Su estructura está formada por una matriz metálica conteniendo grafito precipitado en forma de láminas de diversos tamaños y grosores o formas variadas como rosetas, etc.

Las principales características de las fundiciones grises son:

Excelente colabilidad Buena resistencia al desgaste Excelente respuesta a los tratamientos térmicos de endurecimiento

superficial Poca resistencia mecánica.

En este tipo de hierro fundido, la mayor parte del carbono está en estado primario o grafito. La tendencia de la cementita a separarse en grafito y austenita es favorecida controlando la composición y velocidad de enfriamiento de la aleación. La mayoría son hipoeutécticas con 2 a 4% de carbono.

Estas fundiciones, solidifican primero formando austenita primaria. La formación de cementita a temperatura eutéctica es minimizada por el alto contenido de carbono y la presencia de elementos gratificantes como el Silicio.

El grafito primario precipita en forma de placas o láminas irregulares tridimensionales, que dan en su fractura el típico color gris oscuro. Durante el enfriamiento posterior, la austenita segrega mas carbono al bajar la solubilidad y lo hace en forma de grafito o cementita proeutectoide que grafitiza rápidamente.

La resistencia de la fundición gris depende casi exclusivamente de la matriz en que esta incrustado el grafito. Esta matriz depende de la condición de la cementita eutectoide. Si la rapidez de enfriamiento y composición son tales que esta cementita grafitiza, entonces la matriz será completamente ferrítica, por el contrario si persiste la cementita eutectoide, la matriz será totalmente perlítica.

La composición de la matriz puede variar en infinitas combinaciones entre ambos extremos.

La mezcla grafito-ferrita da la fundición gris más suave y débil. La resistencia y dureza aumentan al aumentar la proporción de cementita hasta alcanzar el máximo en la matriz grafito-perlita.

INFLUENCIA DEL SILICIO

El silicio incrementa la fluidez y desplaza la composición eutéctica hacia la izquierda, lo cual baja la temperatura de solidificación. Al aumentar el Silicio decrece el área de la austenita y el contenido de carbono eutectoide. Al ser un enérgico grafitizador, si no es balanceado por otros elementos formadores de carburo, el carbono primario precipita como hojuelas de grafito. Una vez que se

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constituye el carbono primario como grafito su forma ya no puede alterarse. Estas hojuelas rompen la continuidad de la matriz y generan un efecto concentrador de esfuerzos como verdaderas entallas, lo cual explica la baja resistencia y ductilidad de la fundición gris.

INFLUENCIA DEL AZUFRE

Tiene el efecto contrario del silicio, ya que tiende a estabilizar los carburos. Además tiende a formar FeS, un compuesto intermetálico de bajo punto de fusión que al formar redes interdendríticas, provoca fisuras y fragilidad en caliente. Reduce la fluidez y provoca rechupes y cavidades en piezas fundidas.

En general el azufre se controla con el manganeso ya que forma MnS, unas partículas muy duras y pequeñas que no perjudican demasiado a la matriz.

INFLUENCIA DEL MANGANESO

Es un estabilizador de carburos, pero menos potente que el azufre. En la proporción correcta (3 a 1 con el azufre) forma MnS, reduciendo el carbono combinado y el efecto del azufre. El exceso retarda un poco la grafitización primaria y estabiliza la cementita eutectoide.

INFLUENCIA DEL FÓSFORO

La mayor parte proviene del mineral de hierro y del carbón mineral. Se combina con el hierro para formar Fe3P, que constituye un eutéctico ternario con la cementita y la perlita llamado esteadita. La esteadita es frágil y con alto contenido de fósforo, tiende a formar redes interdendríticas alrededor de la austenita primaria y por lo tanto le confiere fragilidad a la fundición. Su contenido debe controlarse cuidadosamente. Su efecto aumenta la fluidez y favorece la grafitización primaria junto al silicio. Es útil para piezas muy delgadas.

INFLUENCIA DEL GRAFITO

El tamaño y distribución del grafito influyen drásticamente sobre las propiedades de la fundición. Las hojuelas interrumpen la continuidad de la matriz, reduciendo la resistencia y ductilidad. Las hojuelas pequeñas son menos dañinas por lo que se prefieren. El tamaño esta normalizado y se determina por comparación con foto micrografías de muestra. La muestra pulida se observa a 100x.

El enfriamiento lento de la fundición favorece la grafitización pero también la formación de grandes cristales de austenita primaria, dando como resultado pocas hojuelas grandes y gruesas.

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El exceso de carbono incrementa la formación de eutéctico y de grafito, lo que puede debilitar la matriz de la fundición en mayor proporción que una hojuela de menor tamaño.

El silicio en exceso incrementa la formación de eutéctico y por lo tanto da hojuelas más finas y pequeñas. Pero también es un enérgico grafitizador, por lo tanto tendera a formar una matriz ferrítica de baja resistencia mecánica.

El mejor método para reducir el tamaño y distribución del grafito es mediante el agregado de inoculantes. Estos agentes inoculantes como Calcio, Aluminio, titanio, zirconio, carburo de silicio, etc, causan la nucleación de la austenita primaria originando muchos pequeños granos, lo cual reduce el tamaño y mejora la distribución del grafito.

La forma de las hojuelas se clasifica en 5 tipos (A, B, C, D, E). El tipo D y E resultan de la grafitización de una estructura eutéctica típica de hierros de alta pureza o en fundiciones enfriadas rápidamente. Si bien las hojuelas son pequeñas, la conformación interdendrítica de las mismas debilita la estructura de manera que son indeseables. Con menor velocidad de enfriamiento no ocurren.

Las pocas hojuelas grandes y rectas del tipo C indican que el hierro es hipereutèctico en contenido de carbono. El silicio y otros elementos de aleación reducen este efecto. en general estas estructuras no son deseables.

Las hojuelas tipo B son comunes solo en la región intermedia de una fundición colada en molde frío, conocida como manchada, donde la rapidez de enfriamiento es la máxima que permite el proceso de grafitización.

El tipo de hojuela más deseable es el A, que resulta de una estructura eutéctica completamente separada. En este caso el tamaño pequeño de las mismas está determinado por el de los cristales de austenita primaria alrededor del cual se forman. Las características mecánicas de una fundición gris son las siguientes:

Dureza Brinell entre 156 y 302 Resistencia a la tracción entre 150 y 430 MPa Resistencia a la compresión entre 570 y 1,3 GPa

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MICROGRAFÍA DE LA FUNDICIÓN GRIS

FUNDICIÓN MALEABLE

Las piezas se cuelan en fundición blanca y subsecuentemente se les realiza un tratamiento térmico destinado a descomponer la cementita para producir la

segregación de nódulos de grafito irregular. Se distinguen dos clases:

Maleable de corazón blanco que consiste en un proceso de descarburación acentuado

Maleable de corazón negro ferríticas o perlíticas, donde se precipita grafito en forma de nódulos. Las diversas estructuras obtenidas, le otorgan las siguientes características:

Excelente resistencia a la tracción Ductilidad y resistencia al choque Buena colabilidad

FERRÍTICA

La cementita es una fase meta estable, de manera que bajo condiciones particulares, hay una tendencia de la misma a descomponerse en Hierro y carbono. Esta reacción es favorecida por la temperatura, la presencia de impurezas no metálicas y de elementos grafitizantes.

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La maleabilización consiste en convertir todo el carburo presente en la fundición blanca en carbono revenido en forma irregular (grafito y ferrita). El proceso requiere de 2 etapas de recocido:

En la primera etapa, la fundición blanca se recalienta a una temperatura entre 900 y 950°C. Durante el calentamiento, la perlita se convierte en austenita, la que a su vez disuelve parte de la cementita. El proceso de maleabilización comienza cuando el carbono se segrega de la austenita saturada como grafito libre. Este proceso se forma a partir de núcleos que van agotando el carbono de la interfase austenita-cementita adyacente hasta el punto en que esos núcleos coalecen como nódulos irregulares en toda la estructura. La velocidad de descomposición depende de la facilidad de difusión del carbono y por lo tanto de la temperatura y el tiempo. Si ésta es demasiado elevada, la pieza se deforma excesivamente.

La segunda etapa de recocido se realiza a 760°C, donde se dejan enfriar lentamente las piezas hasta el ambiente. La reacción eutectoide ocurre a esta temperatura de manera que el carbono que segrega la austenita se convierte en grafito sobre los nódulos ya existentes. La austenita se transforma en su mayor parte en ferrita.Esta fundición llamada maleable ferrítica, es ahora mucho más resistente a la tracción y dúctil que la blanca o la gris. Además se puede maquinar con facilidad.

Las características mecánicas de una maleable ferrítica son las siguientes: Dureza Brinell entre 110 y 145 Resistencia a la tracción entre 340 y 400 MPa

PERLÍTICA

Si una cantidad de carbono se retiene como carburo combinado finamente distribuido, resulta una estructura totalmente diferente a la ferrítica y la resistencia y la dureza se incrementan en forma apreciable.

La primera etapa de recocido es la misma que para la maleable ferrítica.

La segunda etapa de recocido se reemplaza por un temple, generalmente al aire, el cual enfría las piezas a través del intervalo eutectoide lo suficientemente rápido como para retener los carburos dispersos en la matriz. La cantidad de perlita formada depende de a qué temperatura empieza el temple y la velocidad de enfriamiento. Si el efecto es suficientemente enérgico, toda la matriz será perlítica. Si la velocidad de enfriamiento a través del punto crítico no es suficiente como para retener todo el carburo, las áreas que rodean los nódulos serán grafitizadas totalmente y las áreas alejadas de ellos serán perlíticas.

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Normalmente se recurre a una tercera etapa que consiste en revenir la pieza entre 500 y 650 ºC para esferoidizar la perlita, mejorar la maquinabilidad, tenacidad, etc. Otra característica de la fundición maleable, es que mediante un temple desde la temperatura de austenización total puede obtenerse una matriz totalmente martensítica o bainítica, dependiendo de la velocidad de enfriamiento. Con esto se logran durezas del orden del 60 HRC.

En general se utilizan fundiciones blancas aleadas para fabricar la fundición maleable perlítica, que estabilizan carburos en la etapa eutectoide e impiden la formación de matrices ferríticas. Los más comunes son el Manganeso y el Azufre. Otros, como el cobre aumentan la resistencia mecánica, a la corrosión y mejoran las distribución del grafito.

Las características mecánicas de una maleable perlítica son las siguientes:

Dureza Brinell entre 163 y 269 Resistencia a la tracción entre 450 y 830 MPa

MICROGRAFÍA DE FUNDICIÓN MALEABLE

FUNDICIÓN NODULAR

Aquí el grafito se presenta en forma en estado bruto de colada en forma de esferoides por el agregado de magnesio, calcio y Cerio, todos agentes altamente nodulizantes.

Estas fundiciones presentan características comparables a las de un acero:

Excelente ductilidad y elongación Excelente resistencia a la tracción Buena colabilidad

En esta fundición el grafito aparece como esferoides más o menos regulares y de tamaño parejo, distribuidos uniformemente en la matriz. Esta forma del

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grafito no interrumpe tan marcadamente la continuidad de la matríz como en la fundición gris, lo cual da una mayor resistencia y tenacidad al material.

La fundición nodular se obtiene directamente por moldeo a diferencia de la maleable que requiere de varios tratamientos térmicos.

El contenido de carbono es el mismo que el de la gris, pero la diferencia reside en que se agregan aleantes especiales llamados inoculantes, como el Magnesio y el Cerio, que nodulizan el grafito. Esta operación se realiza en la cuchara antes del colado ya que el efecto de los inoculantes dura poco tiempo.

Se debe controlar especialmente el contenido de Azufre en la aleación ya que éste neutraliza enérgicamente el efecto de los inoculantes.

FERRÍTICA

La matríz ferrítica se consigue controlando la composición química y la velocidad de enfriamiento para que sea lo más lenta posible a fin de permitir la difusión y la total grafitización. Esta estructura proporciona máxima ductilidad, maquinabilidad, elongación y buena tenacidad.

Las características mecánicas de una maleable ferrítica son las siguientes:


PERLÍTICA

La matríz perlítica se consigue mediante un tratamiento térmico de normalizado desde 870 ºC ó directamente de colada por la adición de aleantes especiales. Esta estructura proporciona mucha más resistencia y tenacidad, pero es menos dúctil.

Las características mecánicas de una nodular perlítica son las siguientes:


MARTENSITICA

Si la fundición nodular se templa en aceite desde 930 `C, se obtiene una estructura netamente martensítica, normalmente se realiza un revenido de la misma para disminuir la dureza y mejorar la tenacidad. Con este proceso se obtienen las mas altas resistencias a la tracción.

Las características mecánicas de una nodular martensítica son las siguientes:

Dureza Brinell entre 215 y 320

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Resistencia a la tracción entre 680 MPa y 1,03 GPa

MICROGRAFÍA DE FUNDICIÓN NODULAR

FUNDICIONES ESPECIALES

Los aleantes se añaden para mejorar determinadas propiedades especificas, como resistencia al desgaste, la corrosión o la temperatura de cada tipo de fundición. El efecto general de todos ellos es el de acelerar o retardar la grafitización, los más comunes son Cromo, níquel, Cobre, Molibdeno y Vanadio. El Cromo incrementa el carbono combinado formando carburos complejos más estables. Tiende a aumentar la resistencia y la dureza, bajando la maquinabilidad, pero sobre todo la estructura resultante resiste mejor el calor y el desgaste. Los porcentajes de aleación van desde 1% hasta 35%, lográndose un amplio espectro de estructuras.

El Molibdeno retarda la transformación de la austenita aumentando la templabilidad. Su efecto es similar al que ocurre en el acero, que es aumentar la resistencia a la fatiga, al calor y la dureza. Los porcentajes van desde 0,25 a 1,25%. El Cobre tiene efecto grafitizador leve, disocia la cementita maciza haciendo menos frágil la matriz, pero sobre todo aumenta la resistencia a la corrosión. Comúnmente se la utiliza para fundiciones maleables especiales.

El níquel es grafitizador, retarda la transformación de la austenita y estabiliza la perlita permitiendo lograr matrices totalmente perlíticas. Se lo utiliza en combinación con el Cromo en la fundición Blanca para lograr una matriz combinada de carburos, martensita y austenita retenida, que logran una resistencia a la abrasión y dureza superiores

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DIFERENTES TIPOS DE FUNDICIONES ALEADAS

Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes: Aceros al de níquel: 2,3% - 5% de Ni, 0,1-0,25% de C (para

cementación) y con 0,25-0,4% de C (para piezas de gran resistencia) Aceros cromo-níquel y aceros cromo níquel molibdeno: con

porcentajes variables de C (0,1-0,22%) se emplean para cementación y con 0,25-0,4% de C se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de cromo-níquel suelen tener una relación aproximada de 1% Cr y 3% Ni.

Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel manganeso: 0,25- 0,4% de C para piezas de gran resistencia y con 0,1-0,25% para piezas cementadas, Ni de 1-2%, Mn 1-1,5%, Molibdeno 0,15-0,4%.

Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níquel: con 8-25% de Ni

Cromo:

Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y en los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 a 30% de Cr según los casos, y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxibilidad, etc.

Molibdeno:

Este elemento mejora la resistencia a la tracción, la templabilidad, la resistencia al <<creep>> de los aceros. Añadiendo pequeñas cantidades a los aceros cromo-níquel, se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de los 450°C a 550°C.

También aumenta la resistencia de los aceros en caliente y reemplaza al wolframio en la fabricación de aceros rápidos, pudiendo emplear para las mismas aplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos de wolframio.

Wolframio:

El wolframio es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros para herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. Sirve para aumentar

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la dureza a elevadas temperaturas y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500° ó 600°C. También se usa para la fabricación de aceros para imanes.

Vanadio:

Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte.

Manganeso:

El manganeso aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido en los hornos durante el proceso de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero se desprendan gases que den lugar a la formación de porosidades perjudiciales en el material.

Este se suele usar también como elemento de aleación. Al aumentar de 0,6 a 1,6% aproximadamente el porcentaje de manganeso en los aceros, se aumenta ligeramente su resistencia, se mejora su templabilidad, siendo interesante destacar que el manganeso es un elemento de aleación relativamente barato.

Silicio:

Este elemento aparece en todos los aceros, al igual que el manganeso, se añade intencionalmente durante el proceso de fabricación. Es un desoxidante más enérgico que el manganeso y se emplea como elemento desoxidante complementario del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero poros y defectos internos. Las adicione de silicio se hacen durante la fabricación, suelen ser relativamente pequeñas y variables (0,2- 0,35% de Si).

Una clase de acero para muelles muy empleadas contiene cantidades de silicio de 1,5 a 2,25% de Si. En los aceros, el silicio sirve para aumentar ligeramente la templabilidad y elevar sensiblemente el límite elástico y la resistencia a la fatiga de los aceros sin reducir su tenacidad.

Se emplean aceros de 1 a 4,5% de Si para la fabricación de chapa magnética.

Cobalto:

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El cobalto se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y resistencia. En los aceros de alto porcentaje de carbono reduce la templabilidad. En los aceros al wolframio endurece la ferrita con lo que facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las herramientas a elevada temperatura.

El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima calidad en porcentaje variable de 3 a 10%

Los aceros para imanes con cobalto, contienen además cromo y wolframio

Aluminio:

El aluminio se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa en algunos aceros resistentes al calor. El aluminio es un elemento desoxidante muy enérgico y es frecuente añadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano.

En general los acero aleados de calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos de 0,001 a 0,008% de Al.

Titanio:

Se suelen añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión ínter cristalina.

Cobre:

EL cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0,15 a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suelen emplear contenidos de cobre variables de 0,4 a 0,5 %.

Boro:

El boro es un elemento de aleación que a comenzado a ser empleado recientemente. Experimentalmente se ha visto que cantidades pequeñísimas de boro del orden 0,001 a 0,006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos. Su eficacia para mejorar la templabilidad es extraordinaria, y para 0,40% de carbono puede decirse que su efecto es, aproximadamente, unas 50 veces mayor que el del molibdeno, unas 75 veces

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mayor que el cromo, unas 150 veces mayor que el manganeso y unas 400 veces mayor que el níquel

APTITUDES TECNOLÓGICAS DE LAS FUNDICIONES

ESFUERZOS ESTÁTICOS O REPETITIVOS

Resistencia a la Tracción

Las fundiciones cubren una amplia gama de valores, donde el límite superior es de alrededor de 1000 MPA. Esta resistencia depende de la composición química, de la estructura metalográfica, de la velocidad de enfriamiento, del espesor de la pieza, del método de obtención, de los tratamientos térmicos, etc.

Las fundiciones grises muestran resistencias de entre 150 y 400 MPa Las maleables, entre 350 y 700 MPa. Las esferoidales entre 400 y 700 MPa

Resistencia a la Compresión

Las fundiciones grises son 3 a 4 veces más resistentes a la compresión que a la tracción. Pudiendo superar incluso al acero. Las fundiciones maleables y nodulares presentan valores similares a la tracción y la compresión.

Resistencia a la Fatiga

El límite de fatiga por flexión rotativa alternativa es de 0,33 a 0,60, dependiendo de la composición. Las piezas de fundición gris presentan alta sensibilidad a la entalla.

ESFUERZO DE CHOQUE

Ductilidad

Solo las fundiciones maleables y esferoidales presentan una ductilidad interesante. No así las grises y las blancas.

Resiliencia

La resistencia al choque varia con el tipo y la estructura de la fundición las grises presentan una alta sensibilidad a la entalla y la energía

absorbida varía entre 10 y 50 J Las maleables y esferoidales ferríticas poseen gran ductilidad y

absorción de energía, pero menores que los aceros al carbono.

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En cambio, las de matriz perlítica presentan gran resistencia al choque comparable con los aceros al carbono.

DESGASTE Y CORROSIÓN

Desgaste por Frotamiento o Deslizamiento

Las fundiciones maleables y esferoidales perlíticas tienen una buena resistencia al desgaste. En lo que respecta a las grises, el efecto del grafito laminar hace que su resistencia al desgaste sea excelente. Estas fundiciones permiten el endurecimiento superficial que pueden llegar a los 60 HRC necesario para lograr un buen desempeño.

Abrasión y Frotamiento con Alta Presión de Contacto

Las fundiciones blancas y martensíticas son las que mejor resisten la abrasión en ambientes húmedos o secos. se pueden lograr durezas de 800 Vickers. Estas durezas se obtienen ya sea por tratamiento térmico o por aleantes especiales.

Corrosión

Las fundiciones en general presentan una buena resistencia a la corrosión atmosférica.

Las fundiciones aleadas, austeníticas, al alto cromo y Silicio, resisten tanto los ácidos orgánicos como inorgánicos, loa álcalis y soluciones salinas más comunes que se utilizan en la industria.

Altas y Bajas Temperaturas

Las fundiciones se pueden utilizar en un amplio rango de temperaturas, que van desde los –200°C hasta casi los 1000°C.

Bajas Temperaturas

Las fundiciones grises no presentan una transición dúctil-frágil apreciable, de manera que mantienen su resistencia a bajas temperaturas. Las grises austeníticas son aun mejores.

Las maleables y esferoidales presentan características similares a los aceros al carbono por debajo de 0°C. Las austeníticas conservan su ductilidad y resistencia a la entalla hasta -196°C pero disminuye su resistencia a la tracción.

Altas temperaturas

Resistencia a la oxidación

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Estabilidad estructural Resistencia al choque térmico Resistencia mecánica hasta 400°C

Amortiguación de Vibraciones

Las fundiciones, especialmente las grises, poseen una gran capacidad de amortiguación de vibraciones, los fenómenos de resonancia, la transmisión de ruidos, etc. contra los aceros que cuya amortiguación es pobre.

El hierro

El metal más abundante en nuestro planeta se encuentra además en los meteoritos, y a partir del siglo XII a. C se constituye en sustitutivo del bronce en la fabricación de armamentos, dando comienzo a la Edad del Hierro.

Como elemento químico, el hierro, de color gris azulado, posee un peso atómico de 55,85, su número atómico es 26, y su símbolo es Fe. Su propiedad más importante es que se magnetiza.

El hierro representa el 5 % de peso de la corteza terrestre. Lo encontramos en estado puro muy escasamente en rocas ígneas basálticas, aunque es más abundante hallarlo combinado.

Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones).

Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura y presión. A presión atmosférica:

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Hierro-(: estable hasta los 911 °C. El sistema cristalino es una red cúbica centrada en el cuerpo.

Hierro-(: 911 °C - 1392 °C; presenta una red cúbica centrada en las caras.

Hierro-(: 1392 °C - 1539 °C; vuelve a presentar una red cúbica centrada en el cuerpo.

Hierro-(: Puede estabilizarse a altas presiones, presenta estructura hexagonal compacta.

El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

CARACTERISTICAS DEL HIERRO

El hierro es metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferro magnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y pesado.

Posee elevada dureza, puntos de ebullición y fusión elevados y un excelente conductor de la electricidad y el calor.

COMO SE HACE EL HIERRO

El hierro se encuentra generalmente en las profundidades de la Tierra en formas de piedras, se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la hematites (Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (Fe O (OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2), la ilmenita (FeTiO3), etc.

Se puede obtener hierro a partir de los óxidos con más o menos impurezas.

El mineral extraído de una mina de hierro puede ser de carga directa calentados para sacarles el hierro, esto se hace en unos hornos que tienen de 30 a 40 metros de altura y se llaman ALTOS HORNOS o puede requerir de un proceso de peletización para ser utilizado en la producción del acero, esto según sea su calidad.

El horno se carga por arriba: se le hecha una capa de carbón (1) y luego una de piedra (2) y así hasta llenarlo. En la parte más baja (3) donde el calor es más fuerte, se desarrolla una temperatura de 1700 grados. Ahí, en ese calor intenso, se derrite el hierro y se desprende de la piedra. A la derecha se ve una compuerta (4) por donde se saca la piedra quemada. A la izquierda abajo (5) sale el hierro derretido.

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Secuencia de fabricación del hierro en un alto horno

El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se

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introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza.

FIGURA 1

Lo que ocurre en dicho horno es lo siguiente:

Los gases sufren una serie de reacciones; el coque puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono:

C + O2 CO2

A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono:

CO2 + C 2CO

Aunque también se puede dar el proceso contrario al oxidarse el monóxido con oxígeno para volver a dar dióxido de carbono:

2CO + O2 2CO2

El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera energía y se utiliza para calentar (llegándose hasta unos 1900 °C en la parte inferior del horno).

En primer lugar los óxidos de hierro pueden reducirse, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, CO; por ejemplo:

Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

Después, conforme se baja en el horno y la temperatura aumenta, reaccionan con el coque (carbono en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo:

Fe3O4 + C 3FeO + CO25


El carbonato de calcio (caliza) se descompone:

CaCO3 CaO + CO2

Y el dióxido de carbono es reducido con el coque a monóxido de carbono como se ha visto antes.

Más abajo se producen procesos de carburación:

3Fe + 2CO Fe3C + CO2

Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de azufre) mediante la entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio: hierro fundido, que es la materia prima que luego se emplea en la industria.

La función de la cal (CaO) es la de combinarse con los silicatos presentes en el mineral para formar la escoria, depositándose el hierro en el fondo.

En segundo lugar explicaremos la extracción del hierro mediante un proceso de peletización.

La peletización es un proceso que consiste en la aglomeración del mineral finamente molido o un concentrado por la adición de aglomerantes como el caso de la bentonita y determinada cantidad de agua para darle forma de partículas esféricas (Pellas verdes) las cuales son endurecidas por cocción en hornos rotatorios. La peletización constituye los siguientes mecanismos:

Exploración: consiste en la búsqueda del yacimiento o del terreno con el propósito de conocer las características cualitativas y cuantitativas del mineral del hierro.

- Perforación: Es cuando se forma los hoyos para colocar los explosivos que al ser detonados fracturan el mineral de manera que facilita su remoción y transporte.

- Voladura: Son los elementos que se utilizan como explosivos, se usa el ANFO , compuesto por 94% de nitrato de amoniaco, con 6% de gasoil y el ANFOAL compuesto por 87% de nitrato de amoniaco, 3% de gasoil y 10% de aluminio metálico.

- Excavación: Una vez fracturado el mineral por efecto de la voladura, es movido por palas eléctricas de los frentes de producción.

- Carga y Acarreo del Mineral: Se encarga de acarrear el mineral para depositarlo en vagones góndola ubicados en los muelles de carga.

- Transporte a Puerto Ordaz y Descarga: Este se realiza por vía férrea, que son trenes formados por 125 vagones arrastrados por locomotoras. La descarga se realiza con un volteador de vagones con capacidad para 60 vagones por hora.

- Trituración: El mineral pasa por tres molinos para ser reducido de tamaño.

- Cernido y Secado: Es el proceso donde se separa el mineral fino del grueso.

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- Homogenización y Recuperación: Es depositado en capas superpuestas hasta conformar pilas de mineral homogenizado física y químicamente de acuerdo con las especificaciones de cada producto.

- Despacho: es el que se realiza por medio de sistemas de cargas compuesto básicamente por correas transportadoras y balanzas de pesaje.

Una vez separada el mineral, el fino se destina a ser cargado en los vagones para ser despachado a los mercados nacionales e internacionales.

DIAGRAMA DE FASE (Fe-F3C) HIERRO - CARBONO

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En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

MICROCONSTITUYENTES

El hierro puro está presente en tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente:

Hasta los 911 °C (temperatura crítica AC3), el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico de cuerpo centrado y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la

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buena forjabilidad de la aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferro magnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad; se suele llamar también AC2). La ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.

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

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

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.

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

Bibliografía - Ciencia e Ingeniería de los materiales. Edit. International THOMSON, 4°. Edición, 2004 ()

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DIAGRAMA DE HIERRO CARBONO

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http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?cache=cache&media=iron-carbon_diagram.png


IMPORTANCIA DE LOS ACEROS

El acero es en la actualidad es la más importante de las aleaciones metálicas conocidas, no habiendo existido en ninguna época otro material que tanto haya contribuido al progreso de la humanidad. Se puede decir de una manera general que bajo la denominación de “acero” se agrupan todas las aleaciones de hierro forjables.

La extraordinaria difusión del acero, se debe a sus notables propiedades, a la existencia de numerosos yacimientos de minerales de hierro y al desarrollo de procedimientos de fabricación relativamente simple.

Ningún otro metal ni aleación posee sus notables propiedades, que lo hacen insustituible para muchas aplicaciones.

Una de las propiedades más importantes de los aceros es su gran plasticidad y maleabilidad a elevada temperatura, que permite transformar su forma o dimensiones por laminado o martillado en caliente con gran facilidad. Además los aceros son dúctiles y por trabajo en frío se pueden laminar o estirar en forma de chapas, flejes, alambres o hilos de muy pequeño espesor o diámetro.

Otra de las propiedades más valiosas de los aceros es la facultad de adquirir con el temple una dureza extraordinaria.

El acero no es más que una aleación a base de hierro (Fe) y principalmente de carbono además de otros elementos de aleación como el manganeso, silicio, azufre, fósforo y en ocasiones especiales níquel, cromo, molibdeno, tungsteno y vanadio. El contenido de su principal elemento de aleación (carbono) va desde 0.03 hasta 1.7 o llegando en algunos casos excepcionales hasta 2.5%.

CLASIFICACIÓN DEL ACERO

Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono

El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc.

Aceros aleados

Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso,

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silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, piezas de maquinas, etc.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes

Es la familia de aceros más reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor. Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.

Aceros inoxidables

Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

Aceros de herramientas

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

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EJERCICIOS.

1. Ejercicio 9.6 del libro Smith 4 edición.

Escriba las reacciones correspondientes a las tres reacciones invariables que ocurren en el diagrama de fases de Fe-Fe3C.

SOLUCION:

• a 1.495 oC tiene lugar una reacción peritéctica

Líquido (0,53% C) + Ferrita-δ (0,09% C) » Austenita (γ) (0,17% C)

• a 1.148 oC tiene lugar una reacción eutéctica

Líquido (4,3% C) » Austenita (γ) (2,08% C) + Cementita (Fe3C) (6,67%C)>br>

• a 723 oC tiene lugar una reacción eutectoide

Austenita (γ) (0,8% C) » Ferrita-α (0,02% C) + Cementita (Fe3C) (6,67%C)

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2. TRANSFORMACION DE ARRABIO EN ACERO

La proporción de carbono en el arrabio extraído del alto horno se encuentra en el intervalo correspondiente a las fundiciones. Así pues, se trata de un material duro y frágil, que no puede ser extendido en hilos ni en láminas; por este motivo apenas tiene aplicación industrial. Se hace necesario, pues, reducir el contenido en carbono del arrabio para convertirlo en acero; que es un material que sigue siendo duro, pero más elástico, dúctil, maleable y capaz de soportar impactos.

Esta transformación del arrabio en acero se lleva a cabo en un recipiente llamado convertidor y se realiza suministrando oxígeno al arrabio líquido. Veamos como es este proceso llamado afino.

Los convertidores son hornos, siendo empleados hoy en día los eléctricos, donde se lleva a cabo un proceso de fusión:

1. El arrabio se transporta líquido desde el alto horno hasta la acería (donde está el convertidor). El arrabio se transporta en unos depósitos llamados torpedos.

2. Se introduce en el convertidor, además del arrabio, chatarra, fundentes (cal) y oxígeno. El convertidor, a diferencia del alto horno, no se le proporciona calor extra.

3. El oxígeno reacciona con las impurezas, especialmente el carbono que sobra (se oxidan) y facilita la eliminación de la escoria formada. El fundente también facilita la formación de la escoria, que flota sobre el metal fundido.

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Los productos obtenidos del convertidor son:

- Acero líquido: que será transportado por medio de otra cuchara para ser sometido a procesos siderúrgicos. Este acero ya es de calidad.

- Escoria: que se recicla para otros fines, especialmente la construcción.

- Gases: Especialmente monóxido de carbono y dióxido de carbono, resultantes de la combustión de carbono. En el convertidor también se lleva a cabo la aleación del acero con otros metales (Ni, Cr, Mo, etc.) para obtener aceros aleados que mejoran las propiedades del metal original. Producción por hornada: Entre 100 y 300 toneladas, dependiendo del tipo de convertidor.

El proceso final consiste en extraer el acero líquido del convertidor para verterlo en moldes con la forma de la pieza que se quiere obtener, posteriormente se deja solidificar y luego se extrae la pieza. A este proceso se le llama colada.

El proceso de colada más empleado hoy en día es el de colada continua, cuyo objetivo es solidificar el acero en productos de sección constante.

Una vez obtenida la pieza de acero se somete a un proceso de laminación para darle la forma y características deseadas.

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5. DELIMITACIONE

a. DELIMITACIÓN TEMPORAL

Estos procesos del proyecto de investigación se efectuaran en el semestre del año 2013-1

b. DELIMITACIÓN ESPACIAL

La investigación se realizara en la ciudad de Barranquilla, específicamente en la Universidad de la Costa (CUC), en la clase de ciencia de los materiales.

c. DELIMITACIÓN DE LA POBLACIÓN

Esta investigación es de interés general de la Universidad de la Costa con mayor importancia.

Los investigadores La comunidad universitaria (estudiantado presente) Docente asignado

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6. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

1. Ejercicio 9.6 del libro Escriba las reacciones correspondientes a las tres reacciones invariables que ocurren en el diagrama de fases de Fe-Fe3C.

SOLUCION: a 1.495 oC tiene lugar una reacción peritéctica

Líquido (0,53% C) + Ferrita-δ (0,09% C) » Austenita (γ) (0,17% C)

a 1.148 oC tiene lugar una reacción eutéctica

Líquido (4,3% C) » Austenita (γ) (2,08% C) + Cementita (Fe3C) (6,67%C)>br>

a 723 oC tiene lugar una reacción eutectoide

Austenita (γ) (0,8% C) » Ferrita-α (0,02% C) + Cementita (Fe3C) (6,67%C)

______________________________________________________Web grafía - http://www.xtec.cat/~maleman1/uned/unedcurset23.htmlBibliografía - SMITH, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Mc Graw Hill, 4°, Edici.

7. BIBLIOGRAFÍA

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http://www.xtec.cat/~maleman1/uned/unedcurset23.html


BIBLIOGRAFÍA

1. SMITH, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Mc Graw Hill, 4°, Edici.

2. SMITH, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Mc Graw Hill, 2°, Edici

3. ASKELAND, Donald R. Ciencia e Ingeniería de los materiales. Edit. International THOMSON, 4°. Edición

WEB GRAFÍA

1. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/ Diagrama_Fe_C_zona_de_los_aceros.svg?uselang=es

2. http://www.xtec.cat/~maleman1/uned/unedcurset23.html 3. http://es.wikipedia.org/wiki/Siderurgia

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http://es.wikipedia.org/wiki/Siderurgia

http://www.xtec.cat/~maleman1/uned/unedcurset23.html

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Diagrama_Fe_C_zona_de_los_aceros.svg?uselang=es

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Diagrama_Fe_C_zona_de_los_aceros.svg?uselang=es


10. APUNTES IMPORTANTES

Estamos en condiciones de recibir cualquier sugerencia de alguna corrección perteneciente a esta propuesta, manteniendo la autoría de esta propuesta.

Apuntes:

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FIRMA DE LOS INVESTIGADORES:

ALFREDO AVENDAÑO

(Programa de ingeniería industrial IV)

LENNARD CLAVIJO


MIGUEL ROMERO


BRIAN VIBANQUE JIMENEZ

(Programa de administración civil IV)

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Metales y Aleaciones Ferrosas Grupo 2

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