Materiales Ferrosos

TECSUP - PFR Tecnologa de Materiales

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UNIDAD III

METALES FERROSOS

Los minerales de hierro son generalmente xidos de hierro con acompaantes frricos como el azufre, fsforo, manganeso, silicio y componentes terrosos como arcilla (cido salicilico). Los metales se presentan combinados qumicamente en los minerales. Los minerales se aprovechan si desde un punto de vista econmicamente contienen suficiente cantidad de metal til. En los minerales de hierro, el contenido mnimo del metal es de 25%. Los metales ferrosos son los materiales ms importantes de la industria metal mecnica y los ms fciles de trabajar. Lo ms importantes son: el acero y el hierro fundido. El acero compuesto bsicamente de hierro y carbono cuya proporcin de ciertas caractersticas y lo clasifica. El carbono nunca se encuentra libre, sino combinado. El hierro (Fe) es un metal blanco. Su peso especfico es 7.86 gr/cm3. Punto de fusin 1530C (puro) y con carbono (1200C). Antes de fundirse es fcilmente deformable. Los principales minerales que contienen hierro aprovechable son:

Mineral Contenido de Fe (en %)

Magnetita (Fe3O4)

De color pardo y de carcter magntico. de 50 a 75

Hematites parda (2Fe2O3. 3H2O) De forma terrosa llamada limonita.

de 30 a 50

Hematites roja (Fe2O3)

De color rojiza no magntica. de 30 a 50

Siderita (FeCO3)

De color blanco- amarillo. de 30 a 45

Los materiales ferrosos ms importantes son el acero y el hierro fundido.

El acero est compuesto bsicamente de hierro y carbono cuya proporcin le d ciertas caractersticas y lo clasifica. El carbono nunca se encuentra libre, sino combinado.

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El hierro fundido es un material ferroso cuyo contenido de carbono es alto. Su densidad es de 7,86 gr/cm3. Antes de fundirse es fcilmente deformable.

Los materiales de hierro por su contenido de carbono se dividen:

1. PROCESO DE PELETIZACIN

En la zona de Marcona, la empresa china Shougang Hierro Per procesa los minerales de hierro. El procesamiento del mineral pasa una serie de etapas:

Transporte por fajas. Almacenamiento. Molienda. Separadores. Concentradores. Espesador.

Figura 1

Hierro dulce ......... con carbono hasta 0,03% de C

Acero .......... de 0,03 hasta 1,76 % C

Fundicin ........ 1,76 hasta 6,67 % C


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La zona de peletizacin comprende otra serie de etapas de procesamiento:

Espesador. Mezclado.

Peletizacin. Horneado. Separacin. Almacenamiento. Transporte.

Figura 2

Figura 3

Pellet Bsico o Autofundente

Finos de mineral de hierro aglomerados en forma de ndulos.

El trmino autofundente significa que son manufacturados con un aditivo especial de lcali como caliza o dolomita, en

una planta de pellet.

Utilizacin: Carga directa a Altos Hornos para produccin de arrabio.

Ley: 65,5 % Fe

Dimensiones: 9 a 16 mm.


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Figura 4

Para producir el acero hay dos vas:

LA VA ALTO HORNO Y SU PROCESO DE ACERACIN LA VA HORNO ELCTRICO


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2. OBTENCIN DEL HIERRO BRUTO O ARRABIO

REDUCCIN: Se entiende por reduccin, la sustraccin o eliminacin del oxgeno de los xidos. La reduccin se consigue con elementos de gran avidez por el oxgeno a los que se les llama Reductores. Ej. Polvo de carbn, hidrgeno, monxido de carbono. Si de un mineral (xido metlico) se quiere obtener el metal, debe eliminarse el oxgeno. En las plantas de produccin de hierro bruto, se extraen grandes cantidades de minerales, los cuales son concentrados y convertidos en PELETS, a travs de un proceso pirometalrgico de aglomeracin denominado peletizacin. Los pelets son pequeas esteroides de color negro gris con un contenido de 65,5% Fe y se utilizan para el abastecimiento de los ALTOS HORNOS. En un alto horno los xidos minerales se reducen a metal mediante las siguientes materias primas:

1. Mineral de Hierro: construido por peletz, trozos de hierro y chatarra a base

de hierro. 2. Coque: Obtenido de carbn bituminoso. Es el combustible esencial para la

produccin de arrabio. Debe cumplir los siguientes requisitos:

Suministrar el calor necesario para llevar a cabo las reacciones. Descomponer los xidos de hierro, actuar como reductor.

3. Fundente: Su funcin principal es combinarse con las impurezas del hierro y

formar la escoria.

El ms utilizado es la caliza (CaCO3), Cal (CaO)

4. Aire: Se le utiliza precalentado para la combustin del coque. 5. Materiales refractarios: Se les utiliza en la construccin del alto horno. Los

ms comunes son ladrillos arenas y pastas.

La proporcin de materiales primas para producir 1 Ton de hierro bruto (arrabio) es aproximadamente: 2 ton de chatarra, 1 tonelada de coque, 0,5 ton. de caliza y cerca de 3,5 ton de aire. As el alto horno produce 1 ton. de producto principal por 7,0 TM de materias primas.


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Figura 1

ESQUEMA DE UN ALTO HORNO

Gases de Escape

PRECALENTADOR

Chatarra , pelets

Coque

Caliza

Arrabio

Escoria

Conduccin

anular de

aire caliente

Aire caliente

Figura 2


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3. PRODUCTOS PRINCIPALES DEL ALTO HORNO

3.1 PRODUCTO PRINCIPAL

Es el arrabio o hierro bruto que contiene todava un 6% de C y como acompaantes hasta un 3% de Si y 0,6 1,5% de Mn, as como pequeas cantidades de azufre y fsforo. Un alto contenido de carbono hacen al hierro bruto frgil no forjable e insoldable.

3.2 PRODUCTOS SECUNDARIOS

Estn formados por:

a. La escoria, constituida por las impurezas de los minerales que

ingresaron al alto horno, por ejemplo el silicato de sodio y el xido de manganeso.

b. Gases de salida, constituidos por SO2, CO2, CO, y N2.

En el Alto Horno hay que distinguir cuatro zonas:

Zona de precalentamiento

Adems de vapor de agua, tambin se produce azufre. Fe2O3 . nH2O Fe2O3 + nH2O

Zona de reduccin

El mineral es reducido a xido de hierro (II) por la accin del monxido de carbono ascendente.

3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2

Zona de carburacin

Tiene ligar la reduccin a hierro metlico. El hierro absorbe carbono, silicio, manganeso, azufre y fsforo.

3 FeO + 3 CO 3 Fe + 3 CO2 3 Fe + C Fe3C

Zona de fusin

El mineral se funde completamente. Las impurezas se combinan con cal para formar la escoria. El hierro bruto lquido y encima la escoria ms ligera, van a ir a la parte inferior.


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4. TRATAMIENTO DEL HIERRO PARA CONVERTIRLO EN ACERO

El acero se obtiene por transformacin qumica del arrabio a temperaturas superiores a los 1600C a la cual se desprenden el carbono. Lo que se pretende en la obtencin del acero es reducir el contenido de carbono y de los acompaantes del hierro. La transformacin del arrabio en acero se lama afino, Los procedimientos ms empleados son:

a. De inyeccin de oxgeno (LD) b. Elctrico

Figura 3


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Figura 4

5. PROCEDIMIENTO DE INYECCIN DE OXGENO

Caractersticas principales

Es el ms conocido como el LD (Linz Donawitz) Es el ms econmico por lo que es ms utilizado en la actualidad (el 70% de

la produccin mundial)

Materias primas necesarias: arrabio (75%) y chatarra de alta calidad.

Procedimiento: Se inyecta O2 al convertidor en donde se encuentran las materias primas en estado lquido (caldo). Debido a la oxidacin del carbono y dems acompaantes se libera gran cantidad de calor.

La elevada temperatura se neutraliza agregando chatarra fra. Formacin de la escoria, mediante la adicin de cal (CaO) que reacciona con

Mn, Si, P y S.

Si se quiere aumentar la calidad del acero se aaden, al final del afinado, elementos de aleacin.

Los aceros as obtenidos se denominan aceros al oxgeno.


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Figura 5

6. PROCEDIMIENTO ELCTRICO

Caractersticas principales

Se obtiene aceros finos, en particular los aceros altamente aleados. Utiliza como materia prima el acero preafinado y adems chatarra de buena

calidad. Utiliza la accin del calor producida por energa elctrica. La generacin del calor est libre de impurezas, ya que no existe ninguna

llama de gas que desprenda azufre. Se alcanzarn temperaturas de hasta 3800C por lo que es posible la aleacin

con tungsteno (temperatura de fusin 3370C) y molibdeno (temperatura de fusin 2600C).

6.1 HORNO DE ARCO VOLTAICO

Este horno tiene las siguientes caractersticas:

Posee 2 a 3 electrodos de carbn. Se aprovecha el calor liberado por un arco elctrico entre los electrodos y

el metal a fundir. El calentamiento es rpido. La temperatura puede regularse fcilmente.


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Se le utiliza para fundir acero altamente aleados como por ejemplo: HSS, resistente a la alta temperatura y la oxidacin.

Figura 6

6.2 HORNO DE INDUCCIN

Las caractersticas son:

Posee una bobina por donde pasa corriente alterna. El calentamiento se produce por el paso de corrientes parsitas por los

materiales a fundir.

Se le utiliza para fabricar aceros de alta aleacin, por ejemplo los aceros inoxidables.


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Figura 7

En las plantas siderrgicas, va Horno Elctrico (caso de Aceros Arequipa), la materia prima es la chatarra de acero o el hierro esponja y la energa necesaria depender de la disponibilidad de energa elctrica en el pas. En el caso de disponer de gas natural abundante, Este permitira el uso de hierro esponja mediante la reduccin directa del mineral de hierro. La colada continua revolucion completamente el procedimiento y origin un incremento notable de la productividad con la consiguiente reduccin de costos, como resultado de vaciar directamente el acero lquido y salir convertido en una palanquilla o en un planchn.

Corte de un horno de induccin tipo canal


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Figura 8

Figura 9


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6.3 HIERRO ESPONJA

El proceso de produccin de hierro esponja se lleva a cabo en un horno tubular rotatorio inclinado tipo "kiln" en donde las materias primas como el hierro, carbn y caliza son alimentados bajo una dosificacin predeterminada y una vez mezcladas son cargadas por un tubo directamente al horno. Despus de secada y precalentada, la mezcla alcanza la temperatura de reduccin la cual se efecta por medio del monxido de carbono suministrado a partir de la reaccin del carbn bituminoso con el oxgeno del aire que se insufla con un control de cantidades muy riguroso. La temperatura requerida por el proceso se alcanza y controla, por una velocidad predeterminada de la reaccin de la combustin del carbn y la inyeccin del aire a travs de los ventiladores dispuestos a lo largo del horno rotatorio, por este motivo se debe garantizar tambin una alta hermeticidad del horno respecto al ambiente exterior, para conocer en todo momento cual es el nivel de ingreso de oxgeno al ambiente reductor interno del horno.

En un rango de temperatura entre 800 a 1100 C el mineral de hierro en estado slido es reducido a hierro esponja. Al trmino del proceso el hierro esponja es descargado hacia el horno enfriador, junto con los materiales remanentes del carbn y caliza, cargados inicialmente; el enfriamiento provoca la estabilizacin del producto para que no reoxide en el manipuleo a que ser sometido posteriormente. El hierro esponja permite su utilizacin en el horno elctrico como carga metlica en la fabricacin del acero, con las ventajas consiguientes de ser un producto libre de residuales y un producto nacional que evita la importacin.

Figura 10

Horno rotatorio para fabricar el hierro

Esponja.


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7. TRANSFORMACIN DE METALES EN PRODUCTOS SEMIACABADOS 7.1 ACERO SIN CALMAR

En este proceso al solidificarse el acero se desprenden gases de xido de carbono (C + FeO Fe + CO). Estos gases se en forma de burbujas ascienden originando fuerte movimiento del acero an en estado lquido, con lo que el C, P y S son comprimidos hacia el interior. El acero se descompone. Este proceso se llama sedimentacin.

7.2 ACERO COLADO CALMADO (DESOXIDADO)

Es un acero desoxidado en un grado tal que se elimina el riesgo de cualquier desprendimiento gaseoso durante la solidificacin. Para calmar el acero se aade un reductor: Si, Al, Mn, Ti, a la masa fundida, en el cucharn de colada, con lo que el FeO cede su oxgeno para formar los productos de desoxidacin SiO2, Al2O3, MnO, TiO2 a los que no reduce el carbono a la temperatura de la colada. Se evita as el desprendimiento gaseoso.

7.3 PROCEDIMIENTO DE COLADA

1. Colada en lingotes o bloques

El acero se cuela en coquillas.

Los problemas que se presentan: Acumulacin de P: fragilidad en fro. Acumulacin de S: fragilidad en caliente. Acumulacin de W, Ti, Mo: produce puntos duros, los

cuales generan entallas que ocasionan la rotura de piezas.

Estos aceros se emplean: Bandas Chapa fina Alambre

Los materiales colados son aleaciones de hierro y carbono con

un 2 al 4% de carbono, que debido a sus propiedades son aptos para la produccin de fundicin en moldes.


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Figura 11

2. Colada continua o de cuerda

El colado se hace por una coquilla abierta refrigerada por agua. Por absorcin de calor en la coquilla se solidifica el acero lquido y se extruye en forma de cordn slido entre los rodillos de retencin y de apoyo.

Figura 12


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8. NORMAS DE LOS ACEROS

El acero es una aleacin de hierro y carbono, en el cual, la proporcin de carbono establece el tipo de acero siendo esta proporcin inferior a la de las fundiciones.

La normalizacin significa designarse en forma abreviada y claramente los materiales, lo cual permite un buen entendimiento entre el fabricante, el comerciante y el usuario. Las normas ms conocidas son: La norma AISI-SAE (Americana) La norma DIN (Alemana) La norma JIS JAPON La norma BS INGLATERRA La norma AFNOR FRANCIA La norma ITINTEC PERU

En el acero el contenido de carbono oscila entre

0,03 y 1,76%


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8.1 NORMALIZACIN SAE O AISI

La norma AISI SAE (American Iron and Steel Institute of Automotive Engineers).

ACERO PARA MAQUINARIA

Esta norma utiliza un sistema numrico de 4 5 dgitos que determinan la composicin del acero. El contenido nominal de carbono est dado por la centsima parte de los dos ltimos dgitos, cuando el cdigo es de 4 dgitos o de los 3 ltimos si el cdigo consta de 5 dgitos.

Si existiesen elementos de aleacin en el acero, son identificados por los primeros dgitos:

10xx Aceros corrientes. 11xx Aceros resulfurizados (para maquinado). 12xx Aceros resulfurizados y refosforizados. 13xx Aceros al manganeso. 2xxx Aceros al nquel.

Acero para maquinarias

De construccin Resulfurizados y refosforizados

SAE 4140 significa que tiene 40/100 = 0,40 % de C

SAE 52100 significa que tiene 100/100 = 1% de C

Resulfurizado

Aceros aleados Aceros al carbono

Acero para herramientas

Acero inoxidables

Acero


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3xxx Aceros al cromo-nquel. 4xxx, 8xxx, 98xx Aceros al molibdeno - Al molibdeno nquel o

al molibdeno cromo-nquel. 5xxx, 5xxxx Aceros al cromo. 6xxx Aceros al cromo vanadio. 92xx Aceros al manganeso- silicio.

ACEROS PARA HERRAMIENTAS

Representan un pequeo, pero extremadamente importante porcentaje de la produccin total del acero, puesto que son esenciales para el procesamiento de todos los otros aceros y materiales de ingeniera. Las normas AISI-SAE han clasificado estos aceros en 6 grupos principales.

TEMPLADO AL AGUA W2 -W7 RESISTENTE AL IMPACTO S1 - S5 PARA TRABAJO EN FRIO Templado en aceite O1- O7 Templado al aire A2 - A7 Alto carbono. Alto cromo D1- D7 PARA TRABAJO EN CALIENTE Base de cromo H10-H19 Base de tungsteno H20-H39 Base de molibdeno H40-H59 DE ALTA VELOCIDAD Base de tungsteno (Wolframio) T1 -T15 Base de molibdeno M1- M36 PARA USOS ESPECIALES Carbono Tungsteno F1 - F3 De baja aleacin L1 - L7 Para moldeo, bajo carbono P1 - P19 Para moldeo, otros tipos P20 -P39


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8.2 LA NORMA DIN (DEUTSCHE INDUSTRIE NORMEN)

Segn esta norma la designacin completa de un acero debe constar de las siguientes partes: La parte de la fabricacin: Indica el grado de desoxidacin La parte de la composicin: Indica componentes, usos y propiedades La parte del tratamiento: Indica proceso posterior a la colada

Designacin de los aceros no aleados

Los aceros no aleados son tambin denominados aceros al carbono. Los aceros no aleados se designan indicando la resistencia a la traccin o el contenido de carbono.

Bsicos

Acero no aleado

DIN

Acero aleado

Baja

aleacin

Alta

aleacin

Finos De calidad

Nombre abreviado de los materiales frreos

Tratamiento Parte de la

composicin

Parte del

fabricante


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Esta designacin consta de las siguientes partes:

Respecto a la parte de la fabricacin U acero colado no calmado

R acero colado calmado RR acero colado calmado especialmente Las propiedades de utilizacin

Q Adecuado para conformado Z Adecuado para estirado P Adecuado para el estampado K Adecuado para laminacin Ro Adecuado para la fabricacin de tubos. S Especial para soldar TT Tenaz a bajas temperaturas W Resistente al calor A Resistente al envejecimiento

La letra caracterstica Subdivisin de los aceros no aleados

Parte de

fabricacin

Propiedades de utilizacin

Letra caracterstica

ndice de clase

Aceros de

construccin en general. St..

De calidad

C...

Aceros finos de

construccin Ck, Cf, Cm, Cq

Grupo de calidad

Aceros no aleados


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Respecto al ndice de clase de debe tomar en cuenta: En los aceros de construccin, el nmero que es el ndice de clase

multiplicado por 9,81 y redondeado, expresa la mnima resistencia a la traccin en N/mm2.

En los aceros de construccin, el ndice de clase puede indicar el lmite de

elasticidad si este fuera importante poniendo detrs de St la letra E. En los aceros de calidad, la centsima parte del ndice de clase expresa

el porcentaje de carbono. Para caracterizar a los aceros finos no aleados detrs de la C se ponen las

siguiente letras:

k con bajo contenido de P y S. f templable a la llama y por induccin. m con indicacin del contenido mximo y mnimo de azufre, q para cementacin y bonificacin, adecuado para recalcado en

fro.

Los grupos de calidad: Tienen las numeraciones 1, 2 3 Los cuales indica la resistencia al impacto (3 es ms resistente)

Designacin de aceros no aleados

Aceros de calidad no aleado

C 55 ndice de carbono

55/100 = 0,55% C

Aceros fino no aleado, con bajo

contenido de P y S.

Ck 45

C = 45/100= 0,45%

Aceros de const. General

Grupo de calidad

St 37 2 Resistencia a la

traccin: 360 N/mm2

Aceros de const. General Elasticidad

St E36 Lmite de elasticidad 350 N/mm2


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Para casos de un acero que cumplan con todas las partes:

Designacin de aceros aleados Los aceros aleados se designan segn su composicin qumica y se distinguen 2 tipos:

a. Aceros de baja aleacin:

En los cuales la suma de los componentes aleados es menor de 5% en masa.

Porcentaje = nmero caracterstico de la aleacin/ multiplicador

Lo multiplicadores varan segn el elemento aleado y se colocan los nmeros caractersticos despus del smbolo qumico. La manera en que vayan ordenados corresponde a la secuencia que siguen los smbolos de los elementos de aleacin.

Multiplicadores para los materiales de adicin

4 10 100

Cromo Cr Aluminio Al Carbono C

Cobalto Co Cobre Cu Fsforo P

Manganeso Mn Molibdeno Mo Azufre S

Nquel Ni Tantalio Ta Nitrgeno N

Silicio Si Titanio Ti

Tungsteno W Vanadio V

Colado calmado

Apropiado para embuticin brillante

Grupo de calidad, 2 RZSt 42 2 Resistencia a la traccin 410 N/mm2

Acero de construccin en general


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Ejemplos:

50 W Mo Al 8 9 % Al despreciable % Mo = 9/10 = 0,90 % W = 8/4 = 2

% C = 50/100 = 0,50

b. Aceros de Alta Aleacin:

En los cuales la suma de los componentes aleados supera el 5% en masa. La designacin empieza con la X. Para los aceros de baja aleacin, los nmeros detrs de los smbolos qumicos indican el porcentaje de elementos aleados, segn la relacin:

Ejemplos:

X 45 Co W Al 2 3 4 % Al = 4 %W = 3 % Co = 2 % C = 45/100 = 0,45

alta aleacin


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HOJA DE COMPARACIN

Explique el significado de las siguientes designaciones de aceros:

a. SAE 1020: ______________________________________________

b. SAE 3215: ______________________________________________

c. SAE 4340: ______________________________________________

d. AISI 1045: ______________________________________________

e. P20: ______________________________________________

f. A2: ______________________________________________

g. Ck 45: ______________________________________________

h. Cm 15: ______________________________________________

i. UZSt 44-2: ______________________________________________

l. WstE 32: ____________________________________

j. 45 WCrV 7: ______________________________________________

k. 11 MnSi 4: ______________________________________________

l. 20 MnMo 35: ____________________________________________

m. X40CrMoV 51: ___________________________________________

n. X120CrNi 25 4: _________________________________________

o. X32CrMoCoV 33: _______________________________________


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8.3 ACEROS INOXIDABLES

Son aleaciones de acero con Cromo (% Cr) mayor a 12% que le proporciona su caracterstica de inoxidabilidad ya que el hierro, el cromo junto con el oxigeno forma una capa de xido protectora y auto formante. Los aceros inoxidables se clasifican segn su microestructura debido a su composicin qumica en: Aceros inoxidables martensticos. Son una aleacin de acero con cromo en un rango de Cr=12%-15%, tienen alto contenido de carbono en comparacin con los ferrticos lo que le proporciona su caracterstica de tratable trmicamente. Usos: Cuchilleras, piezas para vlvulas y en cojinete. Aceros inoxidables ferrticos. Son aleaciones de acero con cromo en un rango de Cr=14%-27% no son tratable trmicamente, adquieren dureza por el trabajado en fro. Presenta mayor resistencia a la corrosin que los martenstico. Usos: Estampados profundos de piezas, como recipientes para industria qumica y alimenticias y para adornos arquitectnicos y automotrices. Aceros inoxidables austenticos. Son aleaciones de acero con cromo y nquel este ltimo le proporciona su caracterstica de austentico ya que hace que esta fase sea estable a temperatura ambiente proporcionando en el material mayor resistencia a la corrosin comparado con los otros aceros inoxidables, el nquel es sustituido hasta cierto punto por manganeso formando la serie 2xx aleacin de nquel y manganeso. Usos: adornos, equipos para manejo de alimentos, arquitecturales y muchas otras aplicaciones donde se requiera una muy buena resistencia a la corrosin combinada con buena resistencia mecnica. Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que el Cromo forma en la superficie del acero una pelcula pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta pelcula deja la superficie inerte a las reacciones qumicas. Esta es la caracterstica principal de resistencia a la corrosin de los aceros inoxidables. El extenso rango de propiedades y caractersticas secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy verstiles.

La seleccin de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus caractersticas:

Resistencia a la corrosin y a la oxidacin a temperaturas elevadas.

Propiedades mecnicas del acero.


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Caractersticas de los procesos de transformacin a que ser sometido.

Costo total (reposicin y mantenimiento).

Disponibilidad del acero. Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosin natural que se forma automticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecnica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas ya temperaturas criognicas. Son fciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia esttica, que puede variarse sometiendo el acero I a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, etc. 8.3.1 Clasificacin de los Aceros

Los aceros inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una seleccin cuidadosa, sometindolos a procesos de transformacin adecuados y realizando una limpieza peridica, algn integrante de la familia de los aceros inoxidables resistir las condiciones corrosivas y de servicio ms severas. Serie 400

Aceros Inoxidables Martensticos Son la primera rama de los aceros inoxidables, llamados simplemente al Cromo y fueron los primeros desarrollados industrialmente (aplicados en cuchillera). Tienen un contenido de Carbono relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a 15%. Los tipos ms comunes son el AISI 410,420 y 431 Las propiedades bsicas son: Elevada dureza (se puede incrementar por tratamiento trmico) y gran facilidad de maquinado, resistencia a la corrosin moderada. Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental quirrgico y cuchillera. Serie 400 Aceros Inoxidables Ferrticos Tambin se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo


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Principales aplicaciones: Equipo y utensilios domsticos y en aplicaciones arquitectnicas y decorativas. Serie 300 Los Aceros Inoxidables Austenticos Son los ms utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Nquel a la aleacin, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aqu adquieren el nombre. El contenido de Cromo vara de 16 a 28%, el de Nquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%. Los tipos ms comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317. Las propiedades bsicas son: Excelente resistencia a la corrosin, excelente factor de higiene -limpieza, fciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento trmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criognicas como a elevadas temperaturas.

Figura 13

Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso domstico, hospitalario y en la industria alimentaria, tanques, tuberas, etc.

TIPOS PRINCIPALES POR COMPOSICIN QUMICA FAMILIA SEGN

ESTRUCTURA METLICA Clasificacin por Elementos bsicos

Denominacin Abreviatura

Tipos Cromo

AISI-420 13 Cr Martenstico

AISI-430 18 Cr

Ferritico

Tipos Cromo-Nquel

AISI-304 18 Cr-8 Ni

Austentico

8.3.2 Algunos usos de los Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables ofrecen resistencia a la corrosin, una adecuada relacin resistencia mecnica-peso, propiedades higinicas, resistencia a temperaturas elevadas y criognicas y valor a largo plazo. Son totalmente reciclables y amigables con el medio ambiente.


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Los aceros inoxidables son ampliamente utilizados en varios sectores, desde la ms sofisticada aplicacin industrial hasta los utensilios domsticos. Contribuyen, de manera indirecta, a satisfacer las necesidades humanas bsicas tales como alimentacin, salud, construccin, medio ambiente, transporte y energa. Algunos ejemplos de productos fabricados con aceros inoxidables son los equipos de procesos qumicos y petroqumicos, equipos de proceso de alimentos y bebidas, equipos farmacuticos, cmaras de combustin, sistemas de escape y filtros automotrices, vagones de ferrocarril, aplicaciones arquitectnicas y estructurales, mobiliario urbano, paneles de aislamiento trmico, intercambiadores de calor, tanques y recipientes, barriles de cerveza, instrumentos quirrgicos, agujas hipodrmicas, monedas, tarjas, ollas y sartenes, cubiertos, lavadoras, lavavajillas y utensilios de cocina.

En la industria qumica y petroqumica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosin y excelentes propiedades mecnicas as como un bajo costo de mantenimiento.

En la industria de alimentos y bebidas y en la industria farmacutica, proveen excelentes condiciones de higiene adems de su resistencia a la corrosin y duracin a largo plazo.

Figura 14


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8.3.3 Corrosin

Todos los aceros inoxidables contienen el cromo suficiente para darles sus caractersticas de inoxidables, muchas aleaciones inoxidables contienen adems nquel para reforzar an ms su resistencia a la corrosin. Estas aleaciones son aadidas al acero en estado de fusin para hacerlo inoxidable en toda su masa, por este motivo, los aceros inoxidables no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningn otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosin. En el acero inoxidable no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar o desprenderse. El acero ordinario, cuando queda expuesto a los elementos, se oxida y forma xido de hierro pulvurulento en su superficie; si esta no se combate, la oxidacin sigue adelante hasta que el acero est completamente corrodo. Tambin los aceros inoxidables se oxidan, pero en vez de xido comn, lo que se forma en la superficie es una tenue pelcula con un espesor tpico de 8 a 10 Angstroms (1 Angstrom = 10-8 cm) de xido de cromo que tambin contiene hierro y nquel muy densa que constituye una coraza contra los ataques de la corrosin. Si por cualquier razn esta pelcula de xido de cromo que recubre los aceros inoxidables es eliminada, se vuelve a formar inmediatamente otra es su reemplazo al combinarse el cromo con el oxgeno de la atmsfera ambiente.

Figura 15


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TIPO DE ACERO

PROPIEDADES

AISI 420

13 % Cromo

AISI 430

18 % Cromo

AISI 304

18 % Cromo 8 % Nquel

Magnetismo

SI SI NO

Resistencia a la . Oxidacin.

A veces se produce

moho en contacto con la atmsfera.

No hoy peligro en usos

interiores, pero presenta problemas en

exteriores.

Muy excelente

Dilatacin trmica. Casi igual al acero suave

Casi igual al acero suave

1,5 veces superior al acero suave

Conductividad

Trmica

Mitad que la del acero

suave

Mitad que la del acero

suave

Triple que la del

acero suave

Soldabilidad

Baja Media. Muy excelente.

Cuando dicha capa est limpia y adecuadamente formada, es bastante inerte bajo la mayora de las condiciones ambientales o de proceso; se dice entonces que el acero inoxidable est en estado "pasivo", El empleo de acero inoxidable siempre estar bajo la dependencia de las caractersticas oxidantes del ambiente; si en un determinado proceso imperan condiciones fuertemente oxidantes, los aceros inoxidables resultan superiores a los metales y aleaciones ms nobles.

8.4 HIERRO FUNDIDO

Se define tericamente como fundicin a toda aleacin Fe C que contenga ms del 1,7% de carbono. Sin embargo, en la prctica el contenido de carbono oscila entre 2,5% y 4,5%, adems, del carbono suelen contener otros elementos como: Si, Mn, S, P. La propiedad ms importante de las fundiciones es la colabilidad, es decir, que se pueden obtener piezas por medio de moldes. Obtencin:

Puede obtenerse directamente desde el alto horno ya que el Arrabio obtenido en ellos es fundicin. Pero casi siempre se utiliza de segunda fusin, preparada en:

Crisoles: para pequeas coladas. Hornos Elctricos: para fundiciones de calidad. Horno Reverbero: para fundir grandes piezas. Cubilotes: son hornos cilndricos con ventilacin forzada que se carga por

su parte superior, con cargas alternadas a arrabio, coke y castina como fundente. Tambin, se utiliza chatarra de hierro y acero sustituyendo a parte de la carga de arrabio.


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8.4.1 Ventajas de las fundiciones

a. La fabricacin de piezas (coladas) con fundicin es ms sencilla que con acero:

Porque la temperatura de fusin de la fundicin es ms baja y no necesita regulacin especial.

Se funden muy fcilmente piezas muy grandes y muy pequeas.

b. Las fundiciones tienen caractersticas muy aceptables para ciertas

aplicaciones: Muy buena resistencia al desgaste.

Mayor capacidad que el acero para soportar vibraciones. Poseen cualidades autolubricantes. Ms resistentes a la oxidacin que los aceros al carbono.

c. Las piezas de fundicin, son ms fciles de fabricar por lo que son

ms baratas que las de acero.

8.4.2 Clases de Fundiciones

Hasta hace pocos aos slo se utilizaban las fundiciones duras (blancas), grises y atruchadas. Sin embargo, el descubrimiento de las fundiciones maleables y la introduccin de elementos de aleacin han abierto un amplio campo a las funciones: Se clasifican en:

- Fundiciones Ordinarias: fundiciones duras (blancas), grises y atruchadas.

- Fundiciones Aleadas: obtenidas al agregar algunos elementos - Fundiciones Especiales: fundiciones maleables y fundiciones de

grafito esferoidal (nodular)

LINGOTES

CUBILOTE AFINO

FUNDICIONES ACEROS

ALTO HORNO


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Entre las principales fundiciones se tienen:

a. Fundiciones Duras (blancas)

- Se denominan as porque el color que presentan en la zona de rotura es predominantemente blanco.

- Son muy duras y muy frgiles. - Resistentes al desgaste - No mecanizables.

b. Fundiciones Grises

- Deben su nombre al color gris que presenta su superficie de fractura. - Son menos duras que las fundiciones blancas, pero ms tenaces. - Usada para producir piezas moldeadas (coladas)

c. Fundiciones Maleables

- Se obtienen a partir de las fundiciones blancas mediante un

tratamiento trmico. - El tratamiento trmico aumenta su tenacidad y resistencia a la

traccin. - Tienen propiedades mecnicas similares a los aceros.

d. Fundiciones con grafito esferoidal (Nodular)

- Por la adicin de pequeas cantidades de Mg y Cu posee en su

textura depsitos de grafito esferoidal. - Despus de un tratamiento trmico obtiene una resistencia similar a

la del acero. - Pueden mecanizarse mejor que la fundicin gris.

8.4.3 Denominacin de las fundiciones: (DIN)

SIN ALEACIN ALEADA

1. Smbolo de fundicin 1. Smbolo de fundicin

2. Resistencia a la traccin o bien 3. Smbolo de fundicin 4. Smbolo C 5. Contenido de C centsimas

2. Carbono en centsimas 3. Smbolo elemento aleante 4. Contenido elemento aleante.

Acero Moldeado: (GS)

GS 52 : Acero moldeado con = 510 N/mm2 GS C25 : Acero moldeado con 0.55% C, 1,5% Cr.

Fundicin Gris: (GG)

GG 18 : Fundicin gris =180 N/mm2


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GG k : Fundicin gris en coquilla GG Z : Fundicin gris ( Z = centrfuga) Fundicin Dura: (GH) Prof. De dureza

GH- 25 : Fundicin dura (25 indica dureza) GH- 95 : fundicin dura 95 ms de 50 indica dureza. Fundicin Nodular: (GGG)

GGG-40 : Fundicin Nodular con =400 N/mm2

GGG-70 : Fundicin Nodular con =700 N/mm2 Fundicin Maleable: (GT)

GTW 55 : Fundicin maleable blanca. =450 N/mm2 GTS- 45 : Fundicin maleable negra. =440 N/mm2

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