Unidad ii aleaciones ferrosas

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ALEACIONES FERROSAS

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ALEACIONES FERROSAS

AcerosAleación entre Fe y C con un contenido de

C inferior al 2%.

Al carbono

FundicionesAleación entre Fe y C con un contenido de C entre el 2% y 4%.

Baja Aleación

Alta Aleación

Metal base: FeElementos de aleación: C, otros

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Arrabio

El hierro se extrae de los minerales de hierro en el alto horno.

OBTENCIÓN DE HIERRO Y ACERO

EscoriaBotadero o Materia prima Cemento

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El alto horno es un horno de cuba que trabaja en forma continuaLos altos hornos permiten elaborar más de 11.000 toneladas de arrabio por día.

Alto Horno

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PRODUCCION DE ARRABIO

MATERIALES BÁSICOS

• Mineral de Hierro

• El hierro se encuentra normalmente en la naturaleza sólo como mineral .

Fe2O3 Fe3O4• Es necesario romper las moléculas de

óxidos y así separar el Fe del oxígeno. Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe• Esta operación se realiza en el ALTO

HORNO

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MATERIALES BÁSICOS

El COQUE se quema como combustible para calentar el horno, libera CO, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico

C + 1/2O2 => CO

Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe

Coque

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La CALIZA de la carga del horno se emplea como fuente adicional de CO y como sustancia fundente (escorificante). Se combina con la sílice presente en el mineral para formar silicato de calcio

MATERIALES BÁSICOS

Caliza

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Carga típica en Alto Horno Composición química del

Arrabio

Componentes kg/t kg/carga

Mineral de Hierro 490 9.600

Pellets 995 19.600

Chatarra 15 300

Mineral de Mn 22 450

Caliza 112 2.300

Cuarzo 12 250

Coque 451 9.200

Petróleo + Alquitrán 44 899

Aire Insuflado 1.530

m3/min

Temperatura Aire Insuflado 1.030ºC

Elementos %

Fierro (Fe) 93,70

Carbono (C) 4,50

Manganeso (Mn) 0,40

Silicio (Si) 0,45

Fósforo (P) 0,110

Azufre (S) 0,025

Vanadio (V) 0,35

Titanio (Ti) 0,06

Temperatura en Alto Horno : 1.460ºC

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Obtención de Acero

En el horno convertidor se sopla aire para oxidar el carbono

CO y CO2

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DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS

•La mayoría de los materiales se designa con códigos establecidos por Normas.•Las NORMAS especifican cualidades de los materiales, que pueden cubrir composición química, propiedades mecánicas, terminación superficial.

•Las normas relacionadas con los metales provienen de diferentes organizaciones:

SAE Society of Automotive Engineering

AISI American Iron and Steel Institute

ASTM American Society for Testing Materials

UNS Unified Numbering System

CDA Copper Development Association

NCh Norma Chilena

DIN Norma Alemana

ACEROS

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El contenido de carbono modifica las propiedades den acero. Aceros con mayor contenido de carbono presentan mayor dureza y menor

ductilidad. La chispa cambia de morfología, desde espigas largas para bajo carbono hasta

espigas muy cortas para alto carbono. Cambia la microstructura .

Influencia del carbono

ACEROS

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• El diagrama hierro carbono es fundamental para entender el efecto del carbono en los aceros.

• El diagrama es un mapa que relaciona el contenido de carbono y la temperatura a la que se encuentra el acero

• Entrega información sobre la estructura interna (microestructura) del material, que de ellas dependen sus propiedades.

ACEROS


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ACEROS


¿Qué es la microestructura?

Así como el ser humano está estructurado por huesos y músculos los materiales en general también poseen una estructura que es observable a nivel microscópico, esta estructura es muy notoria a simple vista en la madera (se puede ver la veta y los nudos), las propiedades de los materiales tienen directa relación con su microestructura.

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ACEROS AL CARBONO

• Son los aceros que están constituidos esencialmente por Fe y C

• Se clasifican según su microestructura (Diagrama Fe-C), contenido de carbono (AISI-SAE) y propiedades mecánicas (NCH, ASTM).

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Clasificación

Los aceros se clasifican según sus composición química, propiedades mecánicas o uso.

Según el diagrama Fe – C , los aceros se pueden clasificar en:

Hipoeutectoides. Poseen un contenido de carbono

inferior al 0,8%.

Hipereutectoides. Poseen un contenido de carbono

superior al 0,8%.

Eutectoides. Poseen un contenido de

carbono igual a 0,8%.

ACEROS AL CARBONO

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MICROESTRUCTURASAceros Hipoeutectoides

0,1 % C 0,4 % C

Acero Eutectoide Acero Hipereutectoide

ACEROS AL CARBONO

Ferrita Ferrita + Perlita

0,8%C, Ferrita

1%C, Cementita+ Perlita

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DESIGNACIÓN DE ACEROS AL CARBONO

Designación AISI - SAE

Ejemplo: Acero AISI-SAE 1045El 10 corresponde a un acero al carbono. El 45 al contenido de carbono: 0,45%.

Según Norma DIN Ck 45

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Aceros al carbono según especificación AISI-SAE:

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APLICACIONES

Acero AISI-SAE 1020 DIN Ck 20 W. Nr 1.0044

Acero AISI-SAE 1045 DIN Ck 45 W. Nr 1.1730

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Aceros al Carbono con Plomo

Usados generalmente para producciones en serie en tornos con control numérico, ya que se obtiene viruta corta.

APLICACIONES

AISI-SAE 12L14 La letra L corresponde PlomoSegún Norma DIN 9SMnPb36W.Nr 1.0737

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Aceros al Carbono Estructurales

• Clasificación según Norma Chilena NCH• Se designan y clasifican de acuerdo a sus propiedades mecánicas.

Ejemplo:

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APLICACIONES

Anclajes mineros

Alambrón

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ACEROS DE BAJA ALEACIÓN

Son los que poseen un contenido de elementos de aleación inferior al 8%

Designación AISI - SAE

Ejemplo: Acero AISI-SAE 4340El 43 corresponde a un acero con Cr, Ni, Mo. El 40 al contenido de carbono: 0,45%.Según DIN 34CrNiMo6Según W. Nr 1.6582

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ACEROS DE BAJA ALEACIÓN SEGÚN ESPECIFICACIÓN AISI-SAE

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APLICACIONES

AISI –SAE 4340

AISI –SAE 4140

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ACEROS ESTRUCTURALES ALEADOS

• Aceros con pequeñas adiciones de elementos aleantes para mejorar resistencia a la tracción y tenacidad.

• Poseen buena soldabilidad y conformabilidad.• Están designados bajo la norma ASTM.• Se conocen como aceros HSLA (Alta resistencia y baja aleación)

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ACEROS PARA HERRAMIENTAS

Clasificación según medio de temple• Aceros de endurecimiento en Agua, (W)• Aceros para trabajo en frío, templables en aceite (O)• Aceros para trabajo en frío, templables al aire (A)

SAE O1

SAE A1

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Clasificación según uso•Aceros resistentes a impactos, (S)•Aceros para matricería (D)•Aceros para trabajos en caliente, (H)

Aceros base Cromo, H13Aceros base Tungsteno, H21Aceros base Molibdeno, H42

SAE H13SAE S1

SAE D1


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Aceros rápidos HSS, Tipo T y M• Tipo T (Tungsteno), T1• Tipo M (Molibdeno), M1

•Son aceros con Tungsteno o Molibdeno.•Estos elementos son formadores de carburos, los cuales mejoran considerablemente la dureza y refractariedad del acero.

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ACEROS ESPECIALES

ACEROS AUSTENÍTICOS AL MANGANESO (HADFIELD)Son aceros con un contenido de manganeso superior al 11%.Están designados y clasificados según la norma ASTM A-128

Propiedades.• Alta tenacidad, la cual es se obtiene mediante un enfriamiento rápido.• Excelente resistencia al desgaste.• Endurecibles por trabajo en frío y sobre todo por impacto.• Baja conductividad térmica.• Paramagnético.• No presenta resistencia a la corrosión.• Mala maquinabilidad ya que se endurece al contacto con la herramienta.

Grado C Mn Cr Mo Ni Si P

A 1.05-1.35 11.0 min 1.0 max 0.07 max

B1 0.9-1.05 11.5-14 1.0 max 0.07 max

C 1.05-1.35 11.5-14 1.5-2.5 1.0 max 0.07 max

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Usos:Chancadores, cadenas, componentes de motores, en general piezas expuestas a impacto.

ACEROS AUSTENÍTICOS AL MANGANESO (HADFIELD)

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ACEROS MARAGINGSon aceros con un alto contenido de níquel y muy bajo carbono (0.03%). Son aceros que al ser templados adquieren propiedades como alta tenacidad y ductilidad. También pueden ser endurecidos por precipitación a Tº cercanas a los 480ºC. En este sentido el endurecimiento se logra debido a la precipitación de compuestos como Ni3Mo, Ni3Ti

Tipo Ni Mo Co Ti Al

18 Ni /200 18 3.3 8.5 0.2 0.1

18Ni /300 18 5.0 9.0 0.65 0.1

ACEROS ESPECIALES

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Aplicaciones• Piezas de misiles y de aviación.• Cascarones de submarinos de grandes profundidades.• Palos de golf, puentes mecanos.• Piezas de alta resistencia y de formas complicadas.

ACEROS MARAGING

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¿Por qué es

inoxidable?

¿Qué es un

inoxidable?

ACERO INOXIDABLE

ACEROS ESPECIALES

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¿Qué es un Inoxidable?

Metal base

Fe

Aleación Ferrosa

Elemento de aleación

Cromo

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¿Qué es un Inoxidable?

El cromo está disuelto en el fierro (solución sólida)

El Cr no debe ser inferior a un 12%

Es posible agregar otros elementos de aleación para mejorar propiedades

Existen distintos tipos de inoxidables (de acuerdo a composición y procesos de transformación)

Algunas Observaciones

VOLVER

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¿Por qué es inoxidable?

En la solidificación, el oxigeno difunde en el metal y se disuelve en él

Reacciona químicamente el Cr con el O (ambos disueltos)

Se forma una capa superficial de Cr2O3

O2

O2

SUPERFICIE DEL ACERO SOLIDIFICADO

Cr

O + Cr

Cr

Cr

Cr

Cr

CrOO

O

O

O

Cr2O3

Esta capa impermeabiliza al acero

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TIPOS DE INOXIDABLES

Ferríticos

• Contienen nominalmente entre un 10.5 y un 30% Cr, y menos de 0.12%C.• Por el bajo contenido de carbono suelen tener relativamente una regular

ductilidad y formabilidad.• Su resistencia a altas temperaturas es inferior a otros aceros inoxidables. • Son ferromagnéticos.

Ejemplos de esta familia son los 405(13Cr), 409(11Cr), 430(17Cr), 442(21Cr), 446(25Cr)

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Inoxidable Ferrítico SAE 430Según W. Nr 1.4016Según DIN X6Cr17


C Cr

Min. --- 16

Max. 0,08 18

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Martensíticos

•Contienen entre un 12 y un 18% Cr, y entre un 0.1 a 1.2%C. •Son templables. •La presencia de carburos en exceso permite incrementar la resistencia al desgaste, o mantener filos, como es el caso de hojas de cuchillos.•Son ferromagnéticas.

Ejemplos de esta familia son el 410 (13Cr, endurecible en aire), 420(13Cr,>0.15C), 431(16Cr, 1.8Ni, 0.2%C max), y los 440(17Cr)


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SAE 440

SAE 420DIN X36CrMo17W. Nr 1.2316

C Cr Mo

0,36 16 1,2

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Austeníticos

•Éstos son aleaciones ternarias Fe-Cr-Ni, con muy poco carbono. El contenido de Cr fluctúa entre 15 y 26%, y con contenidos de Ni hasta un 35%.•Su característica más saliente es que son austeníticos a temperatura ambiente.•Dada su estructura FCC, solo pueden ser endurecidos por deformación y suelen presentar una elevada ductilidad.•Estos aceros poseen excelentes propiedades criogénicas, una buena resistencia a temperaturas elevadas y son paramagnéticas.

Representantes típicos de este grupo son 201 y 202 (bajo Ni y alto Mn), 302, 304, 304L(tipo 19-9), 309(23-13), 301(25-20), 3016, 316L(tipo 17-12), 321(18-11 con Ti) y 347(18-11 con Nb).


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AISI 316DIN X5CrNiMo17- 12- 2W.Nr 1.4401

AISI 316 LDIN X2CrNiMo17- 12- 2W.Nr 1.4404

C Cr Mo Ni

316 0,07 max 16,5 – 18,5 2 – 2,5 10 - 13

316 L 0,03max 16,5 – 18,5 2 – 2,5 10 - 13

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FUNDICIONES

Son aleaciones de Fe-C-Si que por lo general contienen entre un 2 y 4% de C, y 0.5 a 3% de Si.

FUNDICIÓN BLANCA

Se denomina así porque su superficie de fractura es blanca (plateada)Se obtiene debido a un enfriamiento rápido en la solidificación.Su composición tipo es Fe-2.5%C-1%Si. Es un material frágil, apto para aplicaciones resistentes al desgaste sin

impacto.Su microestructura está constituida en gran parte por Fe3C.

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FUNDICIÓN GRIS

Se denomina así porque su superficie de fractura es grisSe obtiene debido a un enfriamiento lento en la solidificación.Su composición tipo es Fe-3%C-1,5%Si. Posee una gran capacidad para amortiguar vibraciones, buena

autolubricación. Su microestructura está constituida por ferrita y grafito laminar.

Las fundiciones grises se agrupan en dos categorías:•20 A, 20 B, 20 C, 25 A, 25 B, 25 C, 30 A, 30 B, 30 C, 35 A, 35 B, y 35 C, que se caracterizan por su excelente maquinabilidad, alta capacidad de amortiguamiento, bajo módulo de elasticidad y comparativamente fácil elaboración.•Las fundiciones de las clases 40 B, 40 C, 45 B, 45 C, 50 B, 50 C, 60 B y 60 C, son generalmente más difíciles de mecanizar, tienen menor capacidad de amortiguamiento, menor módulo de elasticidad y son más difíciles de elaborar.

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Microestructura fundición gris

Aplicaciones• Bancadas de

máquinas• Bloques de motores• Tapas de alcantarillas• Cuerpos de bombas

FUNDICIÓN GRIS

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FUNDICIÓN NODULAR

Se obtiene debido a un tratamiento térmico de la fundición gris.Este tipo de fundiciones posee propiedades similares al acero, presenta

una ductilidad adecuada a ciertas exigencias.Su microestructura está constituida por ferrita y grafito nodular.

Unidad ii aleaciones ferrosas

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