Unidad_3_metales_y_aleaciones_metales_fe.docx

Unidad 3 metales y aleaciones: Metales ferrososos. Los siguientes procedimientos de refinación de la mena en materiales, se moldean en lingotes u otras formas dependiendo del analisis del metal y uso anticipado. Hierro dulce: El hierro dulce en un metal ferroso que contiene menos del 0.1% de carbono con el 3% de escoria finalmente dividida y distribuida uniformemente en todas las partes del metal.se han producido durante muchas centurias , por diferentes procedimientos , los dos que se utilizan actualmente son: el proceso de pudelado y el proceso Aston. Las ultimas producciones que han tenido la mayor produccion de hierro dulce. El proceso de pulido a mano se funden airabio y en un pequeño horno de reverbero de unos 230kg de capacidad llamado horno de pudelado; calentando con carbon,aceite o gas.En el proceso Aston se funde arrabio en un cubilote y se refina en un convertidor Bessemer. El metal soplado se vierte en un caldero(conocido como perdigonera). conteniendo una pequena cantidad de escoria, preparada previamente en un pequeño horno de hogar abierto.Puesto que la escoria esta a menor temperatura la masa solidificada rapidamente liberando los gases disueltos con fuerza suficiente para hacer estallar el metal en pequenos trozos. Estos se van al fondo del caldero y se unen por soldadura como hierro esponja. Como cada bola de hierro formada en el caldero pesa de 3 a 4 mg y la relacion de la produccion es de mas a menor una bola cada 5 minutos. Una presa expulsa la escoria sobrante y suelda la masa de particulas de hierro, de plastico cubiertos de escoria en una lupia solida que se puede laminar en diversos perfiles. Acero: El acero es una aleacio n cristalizada de hierro, carbono y otros varios elementos que endurecen cuando se les enfria brucamente despues de estar arriba de su temperatura critica.No contiene escoria y se puede moldear, laminar o forjar. El carbono es un constituyente muy importante, por su habilidad para aumentar la dureza y la resistencia del acero.Se utilizan mas megagramos de acero que todos los demas metales combinados. No obstante que el acero puede ser vaciado en moldes para conformarlo a un perfil y tamano definido y complejo , lo mas comun es que se moldeee en forma de linfgotes , para usarloo despues, en la fabricacion de tubos, barras , laminas o formas estructurales. El acero se clasifica de acuerdo con todos los demas elementos de aleacion que contiene.El carbono es el elemento mas importante, por cuya razon todos los aceros se clasifican de acuerdo con el carbono que contengan.el acero al carbono, contiene principalmente hierro y carbono y se clasifica como aceros 10xx. En donde, los primeros dos dígitos se refieren a los aceros al carbono, el tercer y cuarto dígitos, se refiere al contenido de carbono en centésimos de porcentajes así, un 1035 es un acero al carbono con 0.35% de carbono. Existen

diferentes cantidades de otros materiales en el acero al carbono, pero su contenido es tan pequeño que no afectan las propiedades físicas. Los aceros pueden clasificarse más ampliamente como se muestra: a) acero al carbón 1.-de bajo carbono (menos del 0.30%) Los metales arriba del 0.8% de bajo carbono se emplean para alambres, perfiles estructurales y órganos de fijación de máquinas, tales como tornillos, tuercas y pernos. 2.-de medio carbono (0.30 a 70%) Los aceros de medio carbono se utilizan para carriles, ejes, engranes y partes que requieren alta dureza y resistencia modelada. 3.-de alto b)aceros aleados 1.-de baja aleación (los element8os especiales de aleación suman menos del 0.8%) carbono (0.70 al 1.40%) Los aceros de alto carbono encuentran su aplicación en herramient8as de corte, como cuchillos, brocas, machuelos y piezas con propiedades de resistencia a la abrasión.

2.-de alta aleación(los elementos especiales de aleación suman arriba del 0.8%) Los aceros de aleación cuya producción es de solamente un 15% de la producción total de acero, se seleccionan para muchos usos porque contienen ciertas características que son superiores a aquellos simples aceros de carbono. Aun cuando todos los aceros aleados cada una de las características siguientes se les adjudica: 1.-Mejora en la ductilidad; sin disminución a la resistencia a la tensión. 2.-facilidad para ser endurecido por enfriamiento brusco en aceite o en aire en vez de agua disminuyendo así la posibilidad de torcerlos 3.-habilidad para tener propiedades físicas a temperaturas extremas 4.-baja susceptibilidad a la corrosión y al desgaste, dependiendo de la aleación. 5.-proporciona las propiedades metalúrgicas deseables, tales como el tamaño fino del Hierro fundido grano.

Es un término general aplicado a una amplia variedad de aleaciones, hierro-carbonosilicio, además de pequeños porcentajes de otros elementos. Viene a ser un hierro que

contiene mucho carbono o su equivalente no es maleable. Es un tanto obvio que el hierro fundido tiene una gran variedad de propiedades, ya que pequeños porcentajes en las variaciones de sus elementos pueden ocasionar cambios considerables no se deben pensar respecto al hierro fundido que sea un metal que contiene un solo elemento Sino por el contrario como un metal que lleva una composición de almenos 6 elementos, todos los hierros fundidos contienen, hierro, carbono, magnesio, fosforo y azufre. El hierro fundido aleado contiene además otros elementos que tienen efectos importantes sobre sus propiedades físicas. El hierro puro conocido como ferrita, es muy blando y tiene pocos usos industriales. En el hierro fundido se controlan todas las propiedades deseables como la resistencia de los esfuerzos, la dureza y facilidad de mecanización regulando los elementos diferentes de la ferrita. Hierro de primera fusión: Este hierro producto de alto horno se conoce como arrabio; no es adecuado para la mayoría de las fundiciones comerciales, hasta que se le vuelve a fundir en un cubilote o en un horno de otro tipo. Fundición gris: La fundición gris es el hierro comercial ordinario llamado así por el color grisáceo de su practum. Es de este color, debido a que el carbono se encuent8a principalmente en forma de grafito escamoso. La fundición gris es fácil de mecanizar, tiene una alta resistencia a la compresión. La resistencia a ala tención varia de 140 a 4155 MPa, pero la ductilidad es por lo general baja. Los porcentajes de los diferentes elementos pueden variar considerablemente pero en general se encuentra dentro de los siguientes límites :

Producción de aluminio: A pesar de que la mena de aluminio es más abundante en la corteza terrestre solo la bauxita ha podido ser económica una fuente comercial del mineral del cual el metal puede ser fundido. La bauxita se extrae usualmente de las minas, por el método de depósito abierto, luego se tritura, algunas veces se lava para remover arcilla seca. Este es remojado en oxido de aluminio o aluminia, como es llamada en la industria. El proceso Bayer, denominado así por el físico alemán Karl Josef Bayer, es el método con más amplitud. Se usa para producir aluminia en grado metálico. El grano de bauxita finalmente pulverizada se carga en el digestor la cual es tratada con una solución de sosa caust8ica (NaOH) bajo presión a temperatura de su punt8o de ebullición. Este caustico reacciona con la bauxita para formar aluminio de sodio el cual es soluble en

el licor. El hidróxido de aluminio que se ret8ira del licor es filtrado y luego calent8ado en hornos a una temperatura mayor a 98*C. Esto convierte a la aluminia en Forma adecuada para la fusión. El aluminio metálico es producido por procesos electrolíticos que reducen la aluminia en el oxígeno y aluminio. Este proceso, la aluminia es disuelta en un baño de criolita moldeada (fluoruro de aluminio de sodio) en grandes hornos electrolíticos llamados celdas reductoras o “finas”. En principio el ánodo de carbón está suspendido en el baño, una corriente eléctrica es pasada a través de la mezcla del baño, causa que el aluminio metálico se deposite en el cátodo del carbón en el fondo de la celda, el carbón generado por el paso de la corrient8e guardada en el baño de modo que la alúmina pueda ser agregada tantas veces como sea necesario haciendo el proceso continuo. 6 grupos de aleación de aluminio fundido: -Aluminio,99.0%como mínimo o más 1xx.x -Aleaciones de aluminio agrupadas según los principales elementos aleados -Cobre 2xx.x -Silicio de cobre y/o magnesio agregado 3xx.x –series no ut8ilizados 6xx.x -silicio 4xx.x -magnesio 5xx.x –zinc 7xx.x -Estaño 8xx.x otros elementos 9xx.x Propiedades generales del cobre El cobre es un material importante en, la ingeniería y se usa ampliamente sin aleación alguna y también combinado con otros metales con diversas aleaciones. En la forma no aleada el cobre tiene una extraordinaria combinación de propiedades para aplicaciones industriales. Algunas de ellas son de alta conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión, facilidad de fabricación, resistencia media a la atracción de propiedades libres controlables en el recocido y características generales para la soldadura y las uniones, se puede obtener resistencias superiores con una serie de aleaciones de latón y bronce que son indispensables para muchas aplicaciones en la ingeniería. Clasificación de las aleaciones de cobre En estados unidos, las aleaciones de cobre se clasifican de acuerdo con un sist8ema de designación administrado por la copper development association (C.D.A) en este sistema los números (10100 a (79000 designan aleaciones. Forjas y los números del (80000 al (99900 designan aleaciones fundidas. En la tabla 9.10 se muestra una lista de grupos de aleaciones de cada nivel importante y en la tabla 9.11 se listan las composiciones químicas. Las propiedades mecánicas típicas y las aplicaciones de algunas aleaciones de cobre seleccionada Elementos no ferrosos Aluminio , cobre ,zinc ,plomo, estaño Aleaciones forjadas:

C1xxx.x Cobres, aleaciones con un cierto contenido de cobre C2xxx.x Aleaciones de cobre-zinc (latones) C3xxx.x Aleaciones de cobre-zinc-plomo (latones plomados) C4xxx.x Aleaciones cobre-zinc-estaño (latones de estaño) C5xxx.x Aleaciones cobre- estaño (bronces de fosforo) C6xxx.x Aleaciones cobre-aluminio (bronces de aluminio), aleaciones de cobre-silicio (bronces de silicio) C7xxx.x Aleaciones cobre-níquel (bronces de níquel), aleaciones de bronce-níquel-zinc (aleaciones fundidas) C8xxx.x cobres forjados, aleaciones con alto contenido de cobre, latones, fundidos de diferentes tipos. C9xxx.x Aleaciones fundidas de cobre-estaño, aleaciones de cobre-estaño-plomo Los cobres tienen un contenido mínimo de 99.3% de cobre, las aleaciones de alto contenido de cobre tienen menos de 99.3% de cobre, pero más del 96% y no encaja en otros grupos de aleaciones de cobre

Conceptos de la unidad 3 Austenita: austenita (fase de un diagrama de fases de Fe-Feᴣ) solución solida intersticial solida de carbono en hierro.ccc; con la máxima solubilidad solida del carbono de austenita de 2.0% Austenitizacion: calentamiento de un acero dentro del rango de la temperatura de la austenita de modo que su estructura se vuelve austenita, la temperatura de austenitizado varía según la composición del acero. Ferrita: α (fase α en el diagrama de fases Fe-FeᴣC): solución solida intersticial de carbono en hierro con estructura cubica ccc1 es 0.02% Cementita: compuesto intermetalico FeᴣC, sustancia dura y quebradiza Perlita: mezcla de fases de ferrita α que se forma durante la descomposición eutectoide de la austenita; la ferrita α contenida es la perlita Eutectoide:(acero al carbono simple) acero con 0.8% C Hipoeutectoide:(acero al carbono simple) acero con menos de 0.8% C Hipereutectoide:(acero al carbono simple) acero entre 0.8% a 20% C Ferrita proeutectoide: ferrita α que se forma por la descomposición de la austenita a temperaturas por arriba de la temperatura eutectoide

Acero inoxidables: los aceros se eligen como materiales de ingeniería principalmente por su excelente resistencia a la corrosión en muchos ambientes. La resist8encia de los aceros inoxidables a la corrosión se debe a su alto contenido de cromo. Para fabricar un acero inoxidable, tiene que haber por lo menos 12% de cromo (Cr) en el acero. Según la teoría clásica, el óxido superficial que protege la corrosión la forma el cromo, a la aleación de cromo-hierro subyacente. Para producir el óxido protector, el acero debe estar expuesto a óxidos vandantes. En general existen 4 principales tipos de aceros inoxidables: ferritico, martenecitico, austenitico y endurecido por precipitación. Aceros inoxidables ferriticos: Son esencialmente aleaciones binarias de hierro-cromo que contienen entre 12% y 30% de Cr se denominan ferriticos porque su estructura se mantiene principalmente en ese estado Ccc, tipo hierro ferrita) en condiciones de tratamiento térmico normal. E n virtud de que el cromo tiene la misma estructura cristalina cc que la ferrita extiende la región de la fase Y. En consecuencia se forma “ElbucleY” en el diagrama de fases Fr-Cr y en división de regiones Ccc y cc los aceros ferriticos, por el hecho de que contiene el 12% de Cr, no sufren la transformación de Ccc a cc y se enfrían a partir de altas temperaturas como soluciones solidas de cormo de hierro α. Los aceros inoxidables ferriticos tienen un cost8o relativamente bajo porque no cont8iene níquel. Se usan principalmente como materiales de construcción de tipo general cuando se necesita su resistencia especial a la corrosión y al calor. Aceros inoxidables martensiticos: los aceros inoxidables martensiticos son esencialmente aleación de Fe-Cr que contiene entre el 12% y el 17% de cromo y tiene suficiente carbono (del 0.155 a 1.0% C) para que se pueda producir mediante el templado, una estructura martensitica a partir de la región de la fase austenitica. Estas aleaciones se llaman martensiticas porque son capaces de desarrollar una estructura de este tipo después de un tratamiento térmico de austenitizado y templado. Debido a la descomposición de aceros inoxidables que ajusta para optimizar su solidez y dureza, la resistencia de estos aceros es relativamente mala a la composición con las de tipo férrico y austensifico. Aceros inoxidables austeniticos: Los aceros inoxidables austeniticos son en esencia aleaciones térmicas de hierro-cromo-niquel que contiene entre 16% y 25% de Cr y de 7 a 20% de Niquel. Estas aleaciones se llaman austeniticas porque su estructura sigue siendo de este tipo (Ccc, tipo, hierro Y) en todas las temperaturas normales de tratamiento térmico. La presencia de niquel tiene una estructura cristalina CC. Deformación plástica de metales cristalinos por el mecanismo de deslizamiento.

Durante la formación plistica por cilladura de cristales grande mitades grandes. Que producen deslizamiento de grupos numerosos de átomos unos sobre otros porque el proceso requiere demasiada energía ocasionando el deslizamiento de un pequeño número de átomos. Tratamientos térmicos El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento del metal en su est8ado sólido para cambiar sus propiedades físicas. De acuerdo al procedimiento usado, el acero puede ser tan duro que resista los efectos del corte y abrasión o puede ser tan suave que permita maquinado posterior. Con tratamiento térmico adecuado, se puede reducir esfuerzos, internos, reducir el tamaño del grano, incrementar la tenacidad producir una superficie dura con interior dúctil. El análisis del acero puede y debe cocerse ya que pequeños porcentajes de ciertos elementos carbono principalmente cambian ampliamente sus propiedades físicas. Temple Es un proceso de calentamiento de una pieza de acero a una temperatura dentro de su zona critica, también arriba de está procediendo bajo a un enfriamiento rápido. Si se conoce el contenido de carbono en el acero, se puede obtener la temperatura adecuada a la cual el acero debe calentarse, el diagrama de fase hierro-hierrocarbono. Sin embargo la composición del acero se desconoce, puede ser necesaria una experiment8acion preliminar para determinar el rang1o. Un procedimiento a seguir, elegir es calentar y enfriar un número pequeño de muestras del acero, a diferentes temperaturas y observar los resultados ya sea, probando la dureza o por examen al microscopio cuando se obtiene la temperatura correcta, habrá un cambio marcado en la dureza y otras propiedades. Revenido El acero que se ha endurecido por temple rápido es fragil y no es adecuado para muchos usos. Mediante el revestido, la dureza y fragilidad pueden reducirse hasta un punto deseado para condiciones de servicio, según se reducen estas propiedades hay tambien una reducción de la resistencia a la tensión y aumento de ductilidad y en tenacidad del acero. La operación como se describe consiste de un recalentamiento del acero endurecido por el temple a temperatura abajo de la zona critica, seguido de un enfriamiento a cualquier velocidad aunque este proceso suaviza al acero difiere considerablemente del recucido en el que el revenido permite por si mismo un estrecho control de las propiedades físicas y en la mayoría de los casos no suaviza el acero al grado que lo hace el recucido. Recocido Suavizar el acero duro de tal manera que se pueda manipular o trabajar en frio. Se lleva a cabo calentando el acero a una temperatura ligeramente arriba de la crítica Ac manteniéndola así hasta que la temperatura de la pieza sea completamente uniforme enfriándose después a una velocidad lenta y controlada de tal forma que las

temperaturas de la superficie y del núcleo de la pieza sean aproximadamente la misma. Se conoce como recucido completo debido a que la barra toda traza de la estructura previa, refina las estructuras cristalinas y suaviza el metal. También libera los esfuerzos internos desarrollados por el metal. Temple superficial: El método más antiguo conocido de producir una superficie dura es el temple superficial o cementación. Este proceso en resumen consiste simplemente en calentar el hierro o el acero arriba de Ac, mientras está en contacto con un material carbonoso el que puede ser sólido, líquido o gaseoso. El hierro a temperaturas cercanas y mayores que su temperatura critica tiene una afinidad por el carbono. El carbono es absorbido por el metal para formar una solución solido con el hierro y convertir la superficie exterior en acero de alto carbono como la operación continua, el carbono se divide gradualmente en el interior de la pieza. La profundidad de la capa difiere del tiempo y temperatura del tratamiento. Caboniturado. El carbonitrurado conocido algunas veces como cianuro seco es un proceso de temple superficial en el cual el acero mantiene una temperatura arriba de la zona critica, En una atmosfera gaseosa de la cual se absorbe carbono y nitrógeno. Cualquier gas rico en amoniaco puede utilizarse. La capa de resistencia del gas resultante, varia 0.08 a 0.75mm se incrementa considerablemente cuando se agrega nitrógeno permitiendo el uso de aceros debido al costo. Cianurado. El cianurado o carboniturado líquido como se le llama a veces es un proceso que también combina la absorción del carbono o nitrógeno para obtener una dureza superficial en aceros bajo carbono que no reaccionan al tratamiento térmico ordinario. La pieza por endurecer se sumerge en un baño de sales fundidas de cianuro de sodio a una temperatura superior a la zona Aci, dependiendo del tiempo de inmersión en la profundidad de la capa. Después la pieza se templa en agua o aceite para obtener una superficie dura. Con este proceso pueden obtenerse profundidades de capa de 0.10 a 0.40mm.El cianuro se utiliza principalmente para el tratamiento de pequeñas partes. Nitrurado Es algo similar a la cementación ordinaria pero utiliza material y tratamientos diferentes para lograr los componentes de la superficie dura. EN este proceso el metal se calienta a una temperatura alrededor de los 510*C y se mantiene así por un periodo de tiempo determinado en contacto con gas de amoniaco. El nitrógeno del gas se introduce en el gas formando nitruros muy duros, los cuales se dispersan finalmente por toda la superficie del metal. Se han encontrado que el nitrógeno tiene mayor capacidad de endurecimiento con ciertos elementos que con otros de aquí que se hayan desarrollado aleaciones de acero con especiales de nitrurado.

Nitrurado liquido Se utiliza en las sales de cianuro fundidas y como en el mación. EL nitrurado líquido agrega más nitrógeno y menos carbono que el cianurado o la cementación en baños de cianurado. Se sostiene espesores de capa de 0.03 a 0.30mm mientras que para nitrurado con gas el espesor de la capa puede ser de hasta 0.64mm En general las aplicaciones de los procesos de nitrurado son similares el nitrurado se desarrolla a una alta dureza en la superficie del acero esta dureza varia de 900 a 1100 brinell la que es considerablemente mayor que la que se obtiene por la cementación ordinaria. Temple por inducción En anos recientes la corriente eléctrica inducida ha sido aceptada ampliamente por la industria Los principales aplicaciones de este método de calentamiento incluyen la fusión de metales, temple y otras operaciones de tratamiento térmico, precalentamiento de met8ales para trabajo en caliente y calentamiento para sinterizacion, soldadura y operaciones similares. Para este tipo de calentamiento se utiliza corriente alterna de alta frecuencia, obtenida de grupos motor generador convertidores de arco de mercurio, osciladores de chispa u osciladores de tubo de vacío aunque existen diferentes limitaciones de potencia y frecuencia para cada tipo de equipo la mayoría no excede de 50000 He.