metales y aleaciones ferrosas

PROCESOS DE MANUFACTURA

TEMA 3: METALES Y ALEACIONES FERROSAS

Prof. MSc. Ing. Argel Porrello

Puntos a tratar:

•TEMA 3 (Segunda parte) Metales y aleaciones ferrosas

Diagrama de fases Carburo de hierro – hierro (Fe3C – Fe)Fases sólidas en el diagrama de fases Fe – Fe3CReacciones invariantes en el diagrama Fe – Fe3C

Principales aleaciones ferrosasObtención del hierro y del aceroTipos de AcerosAceros al carbonoAceros aleadosAceros InoxidablesAplicaciones de los AcerosDesignación de los aceros

Puntos a tratar:


FundicionesFundiciones BlancasFundiciones grisesFundiciones nodularesFundiciones maleablesAplicaciones de las fundiciones en ingeniería


Diagrama de fases Carburo de hierro – hierro (Fe3C – Fe)


Fases presentes:

•Ferrita δ

•Austenita γ

•Ferrita α

•Carburo de hierro Fe3C (cementita)


Reacciones invariantes:

Peritéctica:

Eutéctica:

Eutectoide:

γ

Líquido 0,53% C + δ (0,09 %C)1495°C γ(0,17 %C)

Líquido 4,3% C 1148°C γ(2,08 %C) +Fe3C (6,67 %C)

Γ 0,8% C 723°C FERRITA Α(0,02 %C) +FE3C (6,67 %C)

Obtención del hierro y del acero

El principal mineral de hierro es la hematites (Fe2O3). Otros minerales

importantes son la goethita (Fe3+O(OH)), la magnetita (Fe3O4), la siderita

(FeCO3) y el hierro de pantano. La pirita (FeS2) no se utiliza como mineral de

hierro debido a la dificultad que existe para eliminar el azufre

El óxido se reduce para obtener hierro puro.

Fe2O3 + 3CO 3CO2 + 2Fe

Obtención del hierro y del acero a partir de arrabio

Arrabio

Aire caliente

Tolvas

Estufa

horno

Gas de alto

y caliza

M ineral d e hierro

Esco ria

Toberas

Carga

Coque

El arrabio contieneun 92% de Fe, 3 a 4% de carbono, de 0,5 a 3% de silicio, de 0,25 a

2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre

Obtención de acero a partid de arrabio

Proceso básico de oxígeno

FeO + C FE + CO

El oxígeno reacciona con el hierro

para formar óxido de hierro, el cual

reacciona con el carbono según la

siguiente reacción

Obtención de acero Por reducción directa

El proceso se lleva a cabo en estado sólido y la reducción del óxido de hierro

se hace mediante la acción de los gases reductores hidrógeno (H2) y monóxido

de carbono (CO) que se obtienen a partir de gas natural (CH4) y vapor de agua

(H2O).

G ases de escape

G as N atural

M ineral de

H ierro esponja

hierro

G ases reductores

CH4 + H2O CO + 3H2

CH4 + CO2 2CO + 2H2O

Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

El resultado es la obtención de un material llamado hierro esponja que contiene

un 90 % de hierro, y el desprendimiento de H2O y CO2 como gases de escape

Designación de los aceros según AISI – SAE

AISI: American Iron and Steel Institute

SAE: Society of Automotive Engineers

XXXX

Los aceros al carbono son 10XX

Contenido de Carbono en centésimas de porcentaje

Aleante o grupo de aleantes

Designación de los aceros según AISI – SAEAcero Aleante o Grupo de aleantes

13XX Manganeso 1,75

40XX Molibdeno 0,20 ó 0,25 y azufre 0,042

41XX Cromo 0,50; 0,80 ó 0,95; molibdeno 0,12; 0,20 ó 0,30

43XX Níquel 1,83; Cromo 0,50 ó 0,80; Molibdeno 0,25

44XX Molibdeno 0,53

46XX Níquel 0,85 ó 1,83; Molibdeno 0,20 ó 0,25

47XX Níquel 1,05; Cromo 0,45; Molibdeno 0,20 ó 0,35

48XX Níquel 3,50; Molibdeno 0,25

50XX Cromo 0,40

51XX Cromo 0,80; 0,88; 0,93; 0,95 ó 1,00

51XXX Cromo 1,03

52XXX Cromo 1,45

61XX Cromo 0,60 ó 0,95; Vanadio 0,13 ó 0,15

86XX Níquel 0,55; Cromo 0,50; Molibdeno 0,20



92XX Silicio 2,00; ó Silicio 1,4 y cromo 0,70

50BXX* Cromo 0,28 ó 0,50

51BXX* Cromo 0,80

81BXX* Níquel 0,30; Cromo 0,45; Molibdeno 0,12

94BXX* Níquel 0,45; Cromo 0,40; Molibdeno 0,12

Aceros al Carbono

Los aceros al carbono son aleaciones compuestas principalmente por hierro y

carbono con porcentajes de carbono entre 0,005 y 2 %. De acuerdo al contenido de

carbono, podemos tener tres tipos de aceros al carbono.

Aceros eutectoides: %C = 0,8

Aceros hipoeutectoides: 0,005 < %C < 0,8

Aceros hipereutectoides. 0,8 < %C < 2

Microestructura de aceros al carbono eutectoides enfriados lentamente

Microestructura de aceros al carbono hipoeutectoides enfriados lentamente

Microestructura de aceros al carbono hipereutectoides enfriados lentamente

Microestructura de aceros al carbono

Eutectoide

Hipoeutectoide

Hipereutectoide

Fundiciones

Las fundiciones son aleaciones ferrosas con porcentajes de carbono entre 2 y

6,67%.

Fundiciones Blancas: En estas fundiciones, todo el carbono está combinado

formando, principalmente, carburo de hierro. De acuerdo a su contenido de

carbono se pueden calcificar en tres grupos:

F.B. Eutécticas: %C = 4,3

F.B. hipoeutécticas: 2 < %C < 4,3

Aceros hipereutécticas. 4,3 < %C < 6,67

Microestructura de una fundición blanca eutéctica

PerlitaCementita

Microestructura de una fundición blanca hipoeutéctica

Microestructura de una fundición blanca hipereutéctica

Fundiciones con carbono no combinado.

Son aleaciones ferrosas con contenido de carbono entre 2% y 6,67% a las

cuales se les agrega otro elemento de aleación o se le practica un tratamiento

térmico para que parte del total de carbono precipite como grafito y no se combine

con el hierro.

Existen tres tipos, de acuerdo a la forma en la cual se deposita el grafito.

•Fundiciones grises

•Fundiciones dúctiles o nodulares

•Fundiciones maleables

Lo que queda alrededor del grafito se le llama matriz y dependiendo de la cantidad

de carbono combinado puede ser. Perlítica, ferrítica o ferrítica-perlítica

Fundición gris: Se agrega hasta 3% de Si, con lo cual el carbono precipita en

forma de láminas de grafito.

Fundición Nodular: Se agrega hasta 0,01% de Mg o Ce, con lo cual el carbono

precipita en forma de nódulos regulares.

Fundición maleable: Se practica un tratamiento térmico de recocido a una

fundición blanca con lo cual se logra que el carbono precipite en forma de nódulos

irregulares.

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