Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA INDUSTRIAL Y GESTIN EMPRESARIAL

INFORME DE PRACTICA N5:El acero: tratamiento termoqumico y reacciones

CURSO: TECNOLOGIA II

DOCENTE: ING.CIP. Ortiz Vargas, Nicols

INTEGRANTES:Galarza Cajahuaringa, CristinaQuispe Huaraya, Susan Pamela LizethAntara Condor, HectorGuevara Ayala, Natalia

SECCIN: IG9N1

2015

El acero: tratamiento termoqumico y reacciones

1. RESUMEN

Prctica N 5 realizada el da sbado 25 de Abril a la 01:30pm tuvo como tema a las reacciones del acero por tratamiento termoqumico, en el que se anotan las observaciones en cada caso.

El objetivo principal para esta prctica es experimentar con los tratamientos trmicos que pueden ser aplicados al acero y la reaccin de este, as como tambin el anlisis de estas reacciones; mediante ellas hallaremos las propiedades fsicas con caractersticas de acuerdo a cada tratamiento.Las operaciones realizadas iniciaron con la comparacin de agujas del mismo tamao, seleccionando cuantas se utilizaran en cada tratamiento para empezar con el recocido sometiendo la aguja al fuego, cuando se encuentra al rojo vivo es retirado. Se da cuenta que se utilizara la tabla de temperaturas, mediante la cual el rojo vivo se da entre los 800 925C , en este experimento se observo esta coloracin en promedio a los 21segundos. El temple es consecuente al recocido, ya que apenas llega al rojo vivo se sumerge la aguja en agua, hasta que la temperatura baje. Luego esta el revenido mediante el cual luego de haber dejado secar la aguja, se vuelve a calentar hasta llegar a la coloracin de rojo claro, que se da en la temperatura de 800 925C.Finalmente la cementacin que se realiza con la preparacin inicial del carbn vegetal, ya que este viene en trozos el cual pulverizamos con el martillo; se calienta la aguja hasta llegar al rojo vivo e inmediatamente se echa sobre la preparacin inicial del carbn, esto le otorga al acero mayor dureza.Las propiedades fsicas como dureza, plasticidad, elasticidad, tenacidad, rigidez y fragilidad no solo fueron halladas para el acero sino tambin para el estao, cobre y vidrio. Una observacin clara es que el vidrio es duro pero frgil, el acero ante la cementacin obtiene mayor dureza, el cobre y hierro son de mayor tenacidad hasta el recocido y temple, la mayora de metales son plsticos.En conclusin se experimento con los tratamientos trmicos que pueden ser aplicados al acero y la reaccin de este ante ellos, anotndose las observaciones, es as como se logro el objetivo.Se recomienda hacer un uso correcto del equipo de proteccin personal ya que se manipula elementos como el fuego o golpes con martillo, lo que conlleva a ser cuidadosos y precisos, tambin la verificacin del buen estado del equipo es necesario para que el experimento cumpla su fin.

2. ANTECEDENTES

CAP(2000) menciona:

El Acero es bsicamente una aleacin o combinacin de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleacin especficos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Nquel) se agregan con propsitos determinados.

Ya que el acero es bsicamente hierro altamente refinado (ms de un 98%), su fabricacin comienza con la reduccin de hierro (produccin de arrabio) el cual se convierte ms tarde en acero.

El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de tomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que qumicamente reacciona con facilidad con el oxgeno del aire para formar xido de hierro - herrumbre. El xido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentracin de xido de hierro con impurezas y materiales trreos.

CAP(2000) tambin indica sobre la clasificacin del acero:

Clasificacin del Acero

Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleacin que producen distintos efectos en el Acero :

ACEROS AL CARBONO

Ms del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran mquinas, carroceras de automvil, la mayor parte de las estructuras de construccin de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.ACEROS ALEADOS

Estos aceros contienen un proporcin determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleacin se pueden subclasificar en :

Estructurales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de mquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Adems se utilizan en las estructuras de edificios, construccin de chasis de automviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleacin vara desde 0,25% a un 6%.

Para Herramientas Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

Especiales Los Aceros de Aleacin especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosin, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES

Esta familia es la ms reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleacin son ms baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleacin. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancas fabricados con aceros de baja aleacin pueden transportar cargas ms grandes porque sus paredes son ms delgadas que lo que sera necesario en caso de emplear acero al carbono. Adems, como los vagones de acero de baja aleacin pesan menos, las cargas pueden ser ms pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleacin. Las vigas pueden ser ms delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

ACEROS INOXIDABLESLos aceros inoxidables contienen cromo, nquel y otros elementos de aleacin, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidacin a pesar de la accin de la humedad o de cidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberas y tanques de refineras de petrleo o plantas qumicas, para los fuselajes de los aviones o para cpsulas espaciales. Tambin se usa para fabricar instrumentos y equipos quirrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la accin de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparacin de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

Quite A. (2009) indica:

El proceso siderrgico incluye un gran nmero de pasos hasta la obtencin final del acero.

En primer lugar, y con el fin de eliminar las impurezas, el mineral de hierro se lava y se somete a procesos de trituracin y cribado. Con ello, se logra separar la ganga de la mena.

A continuacin, se mezcla el mineral de hierro (mena) con carbn y caliza y se introduce en un alto horno a ms de 1500 C. As se obtiene el arrabio, que es mineral de hierro fundido con carbono y otras impurezas.

El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono, eliminar impurezas y ajustar la composicin del acero, aadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, nquel, manganeso...

En la siguiente imagen se esquematiza el proceso de obtencin del arrabio en un alto horno.

3. REVISION DE LITERATURA

El Comercio (2015) publico:

Per aplicar medidas antidumping al acero proveniente de China22 Abril

El Per tomar medidas arancelarias para el acero proveniente de China. Indecopi ha publica una resolucin sosteniendo que los tubos de acero provenientes de China tendrn que pagar un derecho antidumping de entre US$60 y US$89 por tonelada.

Esta decisin se debe a que se detect que los productos chinos de este rubro ingresaban al pas y eran vendidos a un precio inferior al de su produccin de origen. Es decir, se detect un comercio desleal. Los tubos de acero eran vendidos en el mercado nacional con un margen de entre 11% y 16% ms barato que su produccin y que el precio internacional.

El anlisis de este caso se inici tiempo atrs, cuando entre los aos 2010 y 2012 y entre enero y setiembre del 2013, la venta y produccin nacional cay en el mercado interno a pesar de una fuerte demanda. Lo extrao fue que las ventas generales del rubro crecieron 28,5% y 19,5% respectivamente, ocasionando que las autoridades detecten ciertas irregularidades. Como consecuencia de esta maniobra por parte de las empresas originarias de China, sus ventas se expandieron 10% mientras que las nacionales cayeron 15%.

Ahora, por los prximos tres aos, regirn estas medidas antidumping con el objetivo de proteger la industria nacional de tubos de acero. La Sociedad Nacional de Industrias, SNI, se pronunci al respecto y enfatiz que si ya qued demostrado que los productos chinos entran al pas con dumping, se deben adoptar las medidas necesarias para que el contexto de competencia sea equilibrado.

Semana econmica (2015) menciona:

La produccin de acero en la regin suma 10.8 millones de toneladas a febreroLos mayores incrementos en el consumo de acero laminado, en volumen y en trminos porcentuales, se registraron en el Per (95 %), Mxico (12 %) y Colombia (13 %).

La produccin de acero crudo en Amrica Latina y el Caribe alcanz entre enero y febrero del 2015 10.8 millones de toneladas, un 3% ms comparado similar perodo del 2014, segn la Asociacin Latinoamericana del Acero (Alacero).

Brasil represent el 52% del total regional, equivalente a 5.7 millones de toneladas, y creci 5% anual.

Amrica Latina produjo 9.3 millones de toneladas de acero laminado, 4% ms en comparacin con enero y febrero del ao pasado. Brasil produjo 4.3 millones de toneladas acero laminado, 46% del total latinoamericano, y le sigui Mxico con 2.9 millones de toneladas, equivalente al 32% del producto regional.

Chile y Brasil incrementaron su produccin de este producto, mientras que disminuyeron Venezuela, Colombia y Argentina.

Recocido: Avner, S (2005) comento que: El recocido es un tratamiento trmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperacin de la estructura o la eliminacin de tensiones internas generalmente en metales. Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteracin de las propiedades fsicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para despus dejar que se enfre lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva, para despus de ser formar. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente.CementacinGmez, S (2006). Comento que: La cementacin es un tratamiento termoqumico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusin, que se impregna modificando su composicin El hierro dulce se puede endurecer ponindolo al rojo con polvo de carbn, o con sustancias que se carbonizan (ferrocianuro potsico).Cuando se aplica a piezas de gran tamao solo se realizan de forma superficial. (hierro a 800 C) El Hierro +2 se oxida fcilmente en presencia de oxgeno a hierro +III.

4. PROBLEMA

No contamos con todos los conocimientos previos de cmo experimentar con los tratamientos termoqumicos del acero, ver las reacciones de este metal con los procesos que trabajaremos; as como el parmetro en la toma de datos y la funcin que debe cumplir cada miembro del equipo durante el proceso.

5. OBJETIVO

Experimenta los tratamientos trmicos con el acero.

Observar propiedades fsicas que adquieren los metales como el acero, el cobre, el estao ante ciertas situaciones.

Anotar las observaciones de las propiedades fsicas del acero deacuerdo a cada tratamiento.

Lograr realizar todas las observaciones mediante un cuadro en el que intervenga las caractersticas del hierro, el cobre y el vidrio.

6. IMPORTANCIA

A NIVEL PROFESIONAL: Es importante conocer que en la actualidad la rapidez de las construcciones lo hace el favorito de la mayora de las constructoras ya que en cuanto menor tiempo pase para la culminacin de un edificio, ms rpido se van a lograr ganancias, adems en comparacin con las construcciones de concreto las de acero son ms livianas, ofrecen espacios mucho ms amplios, es sencillo hacer ventanales panormicos y edificaciones ms altas.

A NIVEL INDUSTRIAL: Es importante ya que es un material muy usado para la construccin de estructuras, de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas est la gran resistencia a tensin y compresin y el costo razonable.La industria de la construccin ha desarrollado diferentes formas de secciones y tipos de acero que se adaptan ms eficientemente a las necesidades de la construccin de edificios.

7. DISEO DE LA INVESTIGACIONMATERIALESMATERIALES Y EQUIPOSCantidadREACTIVOS /INSUMOSCantidad

1Beackers 250 ml4 1Carbn vegetal slido50 g

2Pinzas42Cobre alambre10 cm

3Cuchara de coccin ( deflagacin)43Zinc (alambre o lmina)10 cm

4Mechero Bunsen y soporte44Hierro (alambre o lmina)10 cm

5Gradilla45Agua destilada

300mL

6Escobilla46Agua destilada

300mL

77

8Guantes delgados de cuero (aislantes)208

9Mscara protector de gas209

10Lentes protectores2010

11Luna de reloj411

14Lima414

15Lija fina de hierro1 pliego15

16Martillo4

17Alicates4

18Plataforma de hierro de 2cm x1cmx 10 cm4

19Servicios de agua con canaletas , energa, aire, gas, campana extractorasi

Reactivos

Para cementacin

METODO DE EXPERIMENTACION

Exp1:Observacin de propiedades fsicas de aguja sin tratamiento Exp2 RECOCIDO: Se toma 1 aguja de hierro y se caliente hasta temperatura de austenizacin (800-925C) y seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Usa una lima y observe su dureza y con un martillo su tenacidad El proceso se repite 4 veces.

Exp3 TEMPLE: Tome dos muestras de aguja Caliente el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior (entre 900- 950 C) y se enfra luego ms o menos rpidamente (segn caractersticas de la pieza) en agua.

Al limarlos ambos observe su dureza y al impacto del martillo observe su tenacidad: el antes y despus. El que se ha enfriado rpidamente se ha vuelto frgil y duro como el cristal. ( Golpee , uso de lentes). El proceso se repite 4 veces.

EXP 4 REVENIDO Colores de Revenido del acero. Calentar el acero (una pieza grande) hasta 300C y 400C (observar con la escala de colores). Una vez alcanzado el color deseado, hay que sumergir toda la pieza en el agua. Calienta con la misma aguja temple.

EXP 5 CEMENTACIN. Toma aguja, Se coloca al rojo vivo en carbono

Preparacin del carbn El resultado es que al enfriarse no debe volverse quebradizo Esto debe realizarse en un crisol a fuego directo lentamente ( cuidado con romper) Se lleva al rojo claro ( 800 - 1000 C) con la llama del soplete y se mantiene. Despus del enfriamiento, ya est cementada. Una pieza Se le lleva al mechero de Bunsen:

OBSERVACION: la accin de cementacin es rpida, ya que de lo caliente que estaba (color rojo) vuelve a su estado normal, con una tonalidad diferente y mas oscura.

PROPIEDADES FISICAS Tambin se hallaron las propiedades fsicas del estao y cobre.

Agujas luego de tratamientos

CUADRO DE DATOS

RECOCIDOEl proceso se repite 4 veces.Hora inicio : 3:22pmTiempoColoracin

4Claro

15Rojo

21Rojo intenso

TEMPLE

Se realizaron dos veces las observaciones ya que el primero es para el procedimiento de temple y el segundo es para el procedimiento de revenido..Hora inicio : 3:25pmTiempoColoracin

3azul

27Rojo oscuro

48Rojo oscuro

59Se pone a enfriar

Observacin: Se pone la aguja a enfriar, vota espuma. Se vuelve a realizar el temple para el revenido. Se toman los tiempos.Hora inicio : 3:30pmTiempoColoracin

5Oscuro

40Rojo oscuro

54Rojo claro

58Se pone en el vaso con agua dejandro enfriar.

REVENIDO

Hora inicio : 3:33pmTiempoColoracin

2Claro

10Rojo

22Rojo Intenso

25Se sumerge en h20

CEMENTACION

Toma de tiempo de la guja sometida al fuego.

TiempoColoracin

2Claro

15Rojo

30Rojo intenso

8. CUADRO DE RESULTADOS

Variable independienteConstante Dependiente

Propiedades fsicas

Durezaaguja

Plasticidadaguja

Elasticidad

Tenacidad

Rigidezaguja

Fragilidadvidrio

Propiedades FisicasSin tratarRecocido800%-925%TempleRevenidoObservaciones

DurezaEl acero por lo general es duro. Incluso mas que el cobre y estao La coloracin al rojo vivo es rpida.Se muestra quien raya y si hay efecto es duro.

Acero>cobreAcero>cobreAcero>cobre

Acero>EstaoAcero>EstaoAcero>Estao

Plasticidad 10 golpes 8 golpes6 golpes3 golpesCon el martillo se da golpes y si regresa es plstico

El acero no pierde su forma.Mantiene su forma.Mantiene su forma.Mantiene su forma.

ElasticidadSe deforma y regresa a su sitio

Estao

Tenacidad18golpes30golpes25golpeCon golpe en horizontal quien se lamina

Acero(aguja)Acero no se lamina.Acero no se lamina.Acero no se lamina.

Estao

cobre

RigidezEl acero se parte,la presin que ejerce el alicateEl acero es rgido porque se necesita mayor fuerza.El acero es rgido porque se necesita mayor fuerza.Se golpe con el martillo en vertical y si vuela es rgido.

aguja

FragilidadSe parte en trozos

vidrio

9. ANALISIS DE RESULTADOS

Se tomo alrededor de 21 segundos para que el clavo pueda llegar al rojo vivo que es a la temperatura de 800 925C, esto en el tratamiento de recocido. Para los tratamientos de temple y revenido llegar al rojo vivo tomo alrededor de 48 segundos.

La propiedad que otorga principalmente la cementacin es la de mayor dureza en el metal esto mediante la adherencia de carbono en el acero, luego de que se realice el calentamiento hasta llegar al rojo vivo.

De las propiedades fsicas en metales se observa que la mayora de estos son plsticos, excluyendo el vidrio; ya que ante el golpe del martillo no vuelven a su forma original.

Se observa que si bien el vidrio es duro, ya que no puede ser rayado; es frgil ya que se quiebra ante el golpe del martillo.

La rigidez se observa cuando el material salta ante el golpe del martillo, esto es observado cuando se golpearon las agujas luego del tratamiento.

Se observa tenacidad en cobre y el hierro. En el estao que se nos entrego en lminas fue complicado determinar este punto, ya que en si es una lamina.

10. CONCLUSIONES

Se experimento con los tratamientos trmicos del acero tales como: recocido, temple, revenido y cementacin.

Observar propiedades fsicas que adquieren los metales como el hierro, el cobre, el estao ante ciertas situaciones. En el caso del acero se anotaron las propiedades fsicas luego de pasar por los cuatro tratamientos mencionados.

Se anotaron las observaciones de las propiedades fsicas del acero deacuerdo a cada tratamiento. Propiedades tales como la dureza, plasticidad, elasticidad, tenacidad, rigidez y fragilidad.

Se logro realizar todas las observaciones mediante un cuadro en el que intervenga las caractersticas del acero, el cobre y el vidrio. A ello se suma la medicin de tiempos en los procesos asi como el conteo de golpes con martillo.

11. RECOMENDACIONES

Laboratorio equipado con tecnologa necesaria, contando para esta prctica, con los materiales necesarios para cada uno de los tratamientos, as como tambin los metales requeridos.

Se recomienda que para el uso de martillo para hallar ciertas propiedades fsicas, se tenga cuidado con los golpes, la atencin y firmeza y observacin del objetivo debe ser claro.

Utilizar el equipo de proteccin personal como: lentes, guantes y mascarilla.

Tener cuidado con el mechero bunsen, la exposicin al fuego debe ser de cuidado ya que puede provocar lesiones.

Seguir con el proceso de mejora continua.

12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CAP(2000) INFOACERO. Extraido de: http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm

Gmez S. (2006). Procedimientos De Mecanizado. Extraido de: http://books.google.com.pe/books/about/Procedimientos_de_mecanizado.html?hl=es&id=PXLIf4R5fHMC&redir_esc=y

Avner, Sydney H., Introduccin A La Metalurgia Fsica. Extraido de: http://todomeknica.blogspot.com/2012/12/introduccion-la-metalurgia-fisica-avner.html

Quite A. (2009) Proceso de obtencin de acero. Extraido de: http://tecnologiasfa.blogspot.com/2009/02/proceso-de-obtencion-del-acero.html

El Comercio (2015) Per aplicar medidas antidumping al acero proveniente de China. Extraido de: http://pqs.pe/actualidad/noticias/peru-aplicara-medidas-antidumping-al-acero-proveniente-de-china

Semana econmica (2015) La produccin de acero en la regin suma 10.8 millones de toneladas a febrero. Extraido de: http://semanaeconomica.com/article/economia/industria/159349-la-produccion-de-acero-en-la-region-suma-10-8-millones-de-toneladas-a-febrero/