INDICE.
Introducción.
1. Recorrido histórico.
2. Materiales férricos: obtención y clasificación.
2.1. Proceso siderúrgico.
2.1.1. El alto horno.
2.2. Productos férreos: Clasificación y obtención.
2.2.1. Hierro.
2.2.2. Acero.
2.2.2.1. Clasificación de los aceros.
2.2.3. Fundición.
2.2.3.1. Clasificación de las fundiciones.
2.2.4. Ferroaleaciones.
2.2.5. Conglomerados férreos. Sinterizado o metalurgia de los polvos.
2.3. Aplicaciones.
2.3.1. Aplicaciones de los aceros.
2.3.2. Aplicaciones de las fundiciones.
2.4. Presentación comercial.
INTRODUCCIÓN.
Los metales ferrosos o férricos contiene como elemento base el hierro. Si observamos a nuestro alrededor, comprobaremos que la mayor parte de los objetos que nos rodean tienen, en mayor menor grado, partes fabricadas con metales ferrosos (hierro, acero, fundición). La metalurgia es la técnica de extracción, tratamiento y transformación de los metales para I fabricación de los objetos últimos. Siendo los productos siderúrgicos todos aquellos materiales férricos que han sufrido un proceso metalúrgico
Los metales puros tienen poca utilidad en la industria, ya sea por contener impurezas o por no cumplir una serie de especificaciones técnicas. Para conseguir dichas especificaciones y, por tanto, determinadas propiedades, se mezclas clan los metales puros con otros metales o no metales, formando aleaciones.
Definiremos aleación como todo producto que resulta de la unión de clos o más elementos químicos, uno de los cuales tiene carácter metálico. Las propiedades mecánicas de la aleación, como tenacidad y dureza, se mejoran notablemente.
1 RECORRIDO HISTÓRICO.
E1 comienzo de la utilización del hierro en un volumen significativo se suele situar en e. imperio Hitita, localizado en la península de Asia menor, alrededor del año 1700 a. C, lo que les hizo invencibles por algún tiempo.
En el año 600 a. C., se tuvo conocimiento, en el mundo mediterráneo, de la existencia de un pueblo al norte de Europa que empleaba el hierro, eran los CELTAS.
Hasta el año 700 de nuestra era se utilizaba un procedimiento para la obtención de hierro denominado forja catalana, que consistía en utilizar un pequeño horno o chimenea que se cargaba alternativamente de carbón vegetal y mineral de hierro. La combustión, forzada por un chorro de aire enviado por un fuelle, permitía alcanzar elevadas temperaturas, reduciéndose importantes cantidades de hierro. Estos procedimientos de forja no llegaban a producir la fusión del rnaterial al no poderse alcanzar altas temperaturas, sobre todo cuando las masas que había que reducir eran grandes. Su producto era una masa pastosa, que tenía que ser mejorada y conformada a través de golpes, dando lugar a un material de color negro mate, de buenas características mecánicas, resistente a la oxidación ambiental, que se conoce con el nombre de hierro forjado.
A partir del 1300 comenzaron a utilizarse técnicas de obtención del hierro precursoras de las empleadas en les hornos altos actuales. Poco a poco aumentaron el tamaño y la carga d( los hornos de fusión, se desarrollaron dispositivos para una mayor introducción de aire y se alcanzaron temperaturas suficientes para obtener un producto fundido, el hierro colado. Este hierro colado podía ser fundido de nuevo y moldeado, pero admitía muy mal las deformaciones por ser un material duro y frágil. Se utilizaba para obtener piezas por moldeo (es decir introduciéndolo fundido en un molde que le daba 1a forma cuando solidificaba), pero difícilmente podía competir con el hierro Forjado. En 1708 el inglés Abraham Datby (1677 1717) consiguió fundir hierro utilizando coque (carbón obtenido a partir de la hulla) logrando cargas mayores, temperaturas más altas y. Por tanto, una mayor fluidez en el metal fundido. Todavía se utilizó durante bastantes años carbón de madera, pero poco a poco fue desplazado por el coque, por razones técnicas y económicas.
La demanda de elementos fundidos y la constante mejora de los procedimientos llevó a Henry Cort a patentar, en 1784, su procedimiento de pudelado.
Pudelado: consiste en remover, mediante largas varillas de hierro, lingotes de hierro fundido en un horno de reverbero (en el que el calor se produce en una cámara independiente y el techo del horno lo refleja sobre el hierro colado, con lo que este está con el aire y no con el carbón). Durante el proceso el exceso de carbono se quema. El material va haciéndose más consistente (con un 4% de carbono, el acero funde a unos 1000ºC, pero con un 0.1% necesita 1300º. Posteriormente se extraía del horno y se forjaba. Que solucionaba el problema más importante del hierro colado (con un alto contenido en carbono) que era su fragilidad. Antes del pudelado el proceso era muy laborioso y costoso.
Fig. 1 Esquema horno de Reverbero. |
En 1856 el inglés Henry Bessemer resolvió de un modo industrial el problema de la eliminación del exceso de carbono del hierro colado en el convertidor Bessemer.
Este convertidor era un gran recipiente basculante con un tubo de ventilación en la inferior. Una vez cargado el material fundido, se inyectaba una comente de aire a través de carbono ardía mucho más rápidamente que en el pudelado y el calor de esta combustión mantenía la masa fundida (así, Bessemer pudo presentar su invento diciendo En 1856 el inglés Henry Bessemer resolvió de un modo industrial el problema de la eliminación del exceso de carbono del hierro colado con el convertidor Bessemer. Este que producía, sin ”gastar combustible”). Cuando descendía el despliegue de chispas y llamas que indicaban la combustión, el acero podía verterse del convertidor. En 1865 se desarrolló el procedimiento Martin, que utilizaba el horno desarrollado por Siemens para el afinado de aceros, lo que permitió mejorar los productos.
En 1877 se utilizaron hornos eléctricos de electrodos para la producción de aceros, en 19 introdujeron los actuales hornos de arco.
En el desarrollo de la metalurgia, el conocimiento del papel desempeñado por cada uno de los componentes en el comportamiento final del acero da lugar a un más ajustado diseño c productos buscados.
2. MATERIALES FERRICOS: OBTENCIÓN Y CLASIFICACIÓN.
Su principal componente es el hierro, y son las que más se producen y utilizan. Esto puede ser debido a las siguientes razones:
En la corteza terrestre existen abundantes compuestos de hierro.
Los aceros se pueden fabricar mediante técnicas relativamente económicas.
Las aleaciones férricas son muy versátiles, es decir, las podemos modificar hasta conseguir determinadas propiedades fisicoquímicas y mecánicas.
Su principal inconveniente es su facilidad de corrosión.
’Se puede establecer su clasificación en función del tanto por ciento de carbono.
2.1 EL PROCESO SIDERÚRGICO
Los metales se presentan en la naturaleza de forma libre (plata, cobre, etc.) o combinado otros elementos químicos. El hierro, que se encuentra muy difundido en la naturaleza presenta en forma de minerales de hierro, es decir, combinado con otros elementos químicos generalmente oxígeno o azufre.
Las formas más comunes de mineral de hierro son:
-Oligisto (Fe2O3). Contiene entre 60 y 70 % de hierro. Es el más utilizado.
-Magnetita (Fe304). Es difícil de trabajar, por lo que se suele transformar enFe2O3por medio de un proceso llamado calcinación.
-Sulfuros de hierro. No tienen mucha utilización puesto que el azufre produce efectos no deseables en el producto final.
Estos minerales se mezclan en la naturaleza con otras impurezas y se presentan en forma roca A la parte útil de la roca (el mineral) se la denomina mena, mientras que las impurezas reciben nombre de ganga.
2.1.1 EL ALTO HORNO.
EI mineral de hierro una vez concentrado es reducido en el alto horno para obtener arrabio. Este arrabio servirá como materia prima para la obtención de los metales férricos fundamentales: las fundiciones y los aceros. El alto horno con una altura de 40 a 60m (equivale a un edificio de catorce o quince plantas), tiene una estructura con paredes refractarias de aproximadamente 250 cm de espesor. Su utilización requiere de personal cualificado que vigile el proceso: del correcto funcionamiento de1 alto horno va a depender la calidad del arrabio y por tanto del material final obtenido.
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Carga:
1. Mineral de hierro.
2. Carbón de coque.
3. Fundentes (cal, arcilla o arena): Su misión es combinarse con la ganga residual y la ceniza del carbón de coque para poder recoger una mezcla de todas las impurezas producidas en el proceso. Esta mezcla se denomina escoria y ventaja es que puede ser retirada independientemente del arrabio. Los altos hornos una vez encendidos están funcionando ininterrumpidamente hasta que se; necesario hacerles una reparación. La carga arde de forma ininterrumpida mediante I; introducción (soplado) de aire. En el interior se llegan a producir temperaturas de 1650 ºC suficientes para que el minera] de hierro (mena) se transforme en gotas de hierro que se depositan en el fondo.
El horno se carga de forma permanente por la boca superior, y periódicamente (aproximadamente unas dos horas) se sangra por las piqueras inferiores, retirando la escoria y el arrabio, hierro colado o hierro de primera fusión.
Este arrabio es una aleación de hierro con un alto contenido de carbono y con impurezas (azufre, fósforo, silicio etc.) Al ser demasiado frágil sólo se utiliza como paso intermedio para obtener otros productos.
La producción de un horno alto varía según su tamaño, oscilando entre 1500 Tm/día y 10.000 Tm/día.
El arrabio, generalmente sin solidificar, se transporta en unos vagones refractarios. conocidos generalmente como torpedos, que permiten conservar la temperatura durante el transporte o durante los tiempos de espera hasta los convertidores, donde sufre un proceso de reafino, mediante el que se elimina. el exceso de carbono y se ajusta su composición química para su posterior so1idificado.
También puede llevarse a la máquina de colar donde se verterá en las lingoteras para obtener un producto sólido, el lingote, que se utiliza como materia prima para lograr fundiciones o aceros especiales.
En las modernas siderurgias, la obtención del acero se hace por colada continua. que permite obtener directamente distintos perfiles, con importantes ahorros.
En este proceso, los torpedos transportan el arrabio fundido, cuya composición ya se conoce en 1a acería. Con él se carga un convertidor donde se añaden otros materiales (chatarra, etc.) destinados a variar la composición de la mezcla; a continuación se sopla el oxígeno y se tornan muestras.
Posteriormente se extrae del horno en una cuchara donde aún se puede modificar su composición (en función de lo que se haya detectado en las muestras, añadiendo fundentes y ferroaleaciones) y se vierte en el molde .solidificador.
Dicho molde es un dispositivo complejo que permite una solidificación continua del material que sale de la cuchara, con la forma del perfil deseado (generalmente rectangular, de lados muy desiguales).
Este producto. cortado en trozos de longitud predeterminada, perfectamente identificado y documentado, se puede considerar como el acero que servirá de materia prima para. sucesivas transformaciones. Unas pueden afectar a su composición (si se destina a la fabricación de aceros especiales), otras a su estructura (por tratamientos térmicos) y las más genera1es a su forma (mediante los procedimientos de conformación).
Horno convertidor de oxígeno o LD.
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Sobre el arrabio fundido se hace incidir un chorro de oxígeno puro (99%) insuflado en sentido vertical y a presión. Es un proceso muy rápido que requiere un control automatizado de las cargas de arrabio y fundente a introducir y de la presión y cauda1 del O2 AI insuflar oxígeno sobre el arrabio se crea óxido ferroso (FeO) que reacciona rápidamente con las impurezas (P, S, Mn, etc.) formando óxidos, con lo que se eliminan, estas impurezas. Después de esto se añade rápidamente fundente y se sigue insuflando oxígeno que forma CO y CO2. y rebaja el contenido en carbono, hasta 11egar al grado de composición deseado. Este procedimiento es bastante moderno y supone un avance muy importante al poder conseguirse calidades de acero muy elevadas, de forma que es el método más utilizado actualmente debido a la relativa sencillez del proceso y bajo costo.
Horno eléctrico.
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En estos hornos el proceso es mucho más limpio, se consiguen temperaturas más altas y más fácilmente regulables. Se pueden crear atmósferas neutras, ácidas, básicas o de vacío según interese, dependiendo del tipo de impurezas que posean el arrabio y la chatarra de acero. I os procesos y reacciones que en él ocurren son análogos a los de los hornos citados anteriormente. Existen diferentes tipos de hornos según como se consiga la corriente eléctrica, y de ella, el calor necesario: de arco, de inducción y de resistencia.
2.2 PRODUCTOS FÉRREOS: CLASIFICACIÓN Y OBTENCIÓN.
En una primera clasificación se pueden distinguir cuatro tipos diferentes de productos férreos, dependiendo del tanto por ciento de carbono que contenga la aleación.
– HIERRO, Cuando el contenido de carbono presente en la aleación se encuentra comprendido entre 0,008 y 0,03 %.
– ACERO, entre 0,03 y 1,76 %.
– FUNDICIÓN, entre 1,76 y 6,67 %.
– GRAFITO, contenidos superiores a 6,67 %.
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2.2.1. HIERRO
Denominación que designa el elemento químico de este nombre, así como los productos siderúrgicos, de los que solamente, con carácter de impureza, pueden formar parte otros elementos.
Es un metal de color blanco azulado dúctil y maleable, buen conductor del calor y la electricidad. Es muy tenaz y antes de fundirse se reblandece considerablemente, lo que propicia el forjado y el soldado entre si; inalterable al aire seco, es atacado por el aire húmedo, formándose una capa de óxido en su superficie, denominada orín o herrumbre. Por ser un metal poroso, la oxidación penetra en él extendiéndose en su interior. Se imanta temporalmente con facilidad. El hierro puro tiene muy poca aplicación.
2.2.2 ACEROS
Es una aleación de hierro y carbono, con 0,03 – 1,76 % de este último elemento junto con la adición de diversos ligantes para mejorar las características y las propiedades.
La subdivisión de los distintos tipos de acero se basa en el número y cantidad de los ligantes presentes. Los elementos adicionales que intervienen en una aleación, en la mayoría de los casos, son indeseables, tales como el fósforo y el azufre. En la práctica, la eliminación de estos y otros elementos resulta muy difícil. Sin embargo, hay otros elementos que ayudan a la obtención de aceros de mejor calidad, y por ello hay que añadirlos en forma de ferroaleaciones.
2.2.2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS.
Los aceros se pueden dividir en dos grandes grupos que son:
– Aceros al carbono
– Aceros aleados.
ACEROS AL CARBONO
En los aceros al carbono, el único elemento que interviene como aleante es el carbono. No obstante, siempre existirán pequeñas cantidades de algunos elementos, que en general tienen la consideración de impurezas y que provienen de distintas fuentes como se acaba de ver.
El fósforo se disuelve en la ferrita y en menor medida en la austenita, y posee un gran poder endurecedor. No obstante, su concentración debe mantenerse pequeña, ya que tiene gran tendencia a segregarse, sobre todo en los aceros aleados, lo que provoca un aumento de la fragilidad. Por ello, es conveniente que su concentración esté por debajo del 0.05%, excepto en aquellos aceros que se desea que sean muy fáciles de mecanizar, en cuyo caso la concentración puede llegar a ser del 0.15%.
El azufre forma con el hierro el correspondiente sulfuro, que es frágil y constituye una de las fases de un eutéctico ternario que funde a 980 ºC, causando la fragilización del acero, por lo que su concentración suele ser inferior al 0.05%.
El silicio añadido con fines desoxidantes, puede formar inclusiones de silicatos, que son duras y frágiles y al ser incoherentes con la matriz, pueden dar lugar a grietas. El silicio no combinado, puede disolverse en el hierro, endureciendo la ferrita.
El manganeso se añade al acero líquido para evitar la formación de SFe, por constitución de SMn. Por ello, hay que añadirlo en una cantidad por lo menos ocho veces mayor que la de azufre. El SMn se elimina, en parte, en la solidificación y el que queda en el acero como inclusión dúctil. Asimismo, el manganeso puede dar lugar, también, a impurezas metálicas que no son perjudiciales y que, incluso, mejoran la templabilidad del acero, por lo que se utiliza como elemento de aleación en cantidades mayores. Tanto el silicio como el manganeso se consideran elementos de aleación cuando intervienen en cantidades superiores al 0.35%.
Los aceros al carbono se pueden utilizar sin que presenten problemas, si la resistencia y otros requerimientos mecánicos no son demasiado severos. El coste de este tipo de aceros es relativamente bajo, pero presentan algunas limitaciones, puesto que tienen una escasa resistencia a la corrosión y oxidación así como al impacto a bajas temperaturas.
Además, para obtener una estructura totalmente martensítica, los aceros de contenido medio o bajo en carbono deben ser enfriados rápidamente, lo que produce tensiones que pueden conducir a la rotura prematura. Por tanto, su baja templabilidad hace que normalmente se utilicen en estado de recocido o normalizado.
La resistencia aumenta con el contenido en carbono, al mismo tiempo que disminuye su plasticidad y tenacidad, sobre todo para aceros hipereutectoides (con contenidos superiores a 0.7% de C) que tienen una matriz de cementita.
La elección del contenido en carbono en este tipo de aceros tiene algunas limitaciones. Así, para contenidos superiores al 0.3%, y siempre que las piezas sean suficientemente pequeñas, puede considerarse la posibilidad de bonificarlos (temple más revenido a alta temperatura).
La resistencia obtenida dependerá tanto del contenido en carbono como de la temperatura y tiempo de revenido. Se debe elegir el contenido en carbono mínimo que sea capaz de suministrar la resistencia deseada.
Otra limitación que se tiene a la hora de elegir el contenido en carbono es la necesidad de obtener la resistencia mecánica deseada mediante un revenido que no induzca fragilidad, lo que elimina en todos los casos la realización de revenidos entre 250 y 450 ºC, y en muchos casos los del intervalo 450-550 ºC.
Una alternativa es reducir la temperatura de revenido a 250 ºC, y aunque se obtiene una alta resistencia, la tenacidad es muy baja. La otra alternativa sería el revenido a temperaturas más altas de 550 ºC que producen tenacidades excelentes, pero acompaña- dos de muy bajas resistencias.
Para superar esta y otras deficiencias que presentan los aceros al carbono ordinarios, se han desarrollado aceros de aleación que contienen elementos que mejoran sus propiedades.
No obstante, en muchos casos, combinando adecuadamente los tratamientos térmicos y superficiales, se pueden obtener buenas prestaciones en piezas en las que se requiere alta tenacidad y dureza superficial (cigüeñales, bielas, etc.), altas resistencias a la deformación en piezas de pequeña sección (muelles), y altas resistencias al desgaste (ejes, levas, etc.).
ACEROS ALEADOS
Un acero aleado puede definirse como aquel cuyas propiedades características se deben a algún elemento diferente del carbono. En la mayoría de los métodos y procesos industriales de obtención del hierro y sus aleaciones, unas veces sin intención y otras a propósito, se incorporan al producto final cantidades variables de otros elementos que influyen de una manera notable no sólo en sus propiedades tecnológicas, sino que también producen una variación apreciable en su estructura.
Los átomos aleantes pueden estar disueltos en la red atómica, y dependiendo de que se sitúen en nudos reticulares o no, darán lugar a soluciones sólidas sustitucionales o intersticiales. En ambos casos, se tiene una solución sólida homogénea. No obstante, en un gran número de aleaciones técnicas, los elementos de aleación o al menos una parte de ellos, forman combinaciones entre sí o con el hierro y pueden dar lugar, junto con la solución sólida homogénea, a la formación de otras fases.
Los principales elementos de aleación que se adicionan para fabricar este tipo de aceros son: níquel, cromo, manganeso, molibdeno y wolframio. Otros elementos que también se suelen añadir son: Vanadio, cobalto, boro, cobre, aluminio, plomo, titanio y niobio.
Los elementos de aleación que se adicionan a los aceros tienen diversos efectos sobre la estructura y las propiedades, entre los que se pueden destacar los siguientes:
– Temperaturas de transformación.
– Formación de carburos.
– Crecimiento de grano.
– Templabilidad.
– Resistencia mecánica.
– Tenacidad.
– Resistencia al desgaste.
– Resistencia a la corrosión.
2.2.3 FUNDICIÓN
Es una aleación de hierro – carbono, con 1,76 – 6,67 % de este ultimo elemento que eventualmente contiene otros ligantes fundamentales, por ejemplo cromo, niquel, silicio y cobre, que son solo aptos para colada.
Las propiedades de las fundiciones vienen determinadas tanto por su composición, como por la velocidad de enfriamiento. De manera general, se puede decir que el contenido en carbono determina las propiedades potenciales.
Por otro lado, el silicio influye en la forma en que se presenta el carbono (combinando en forma de cementita, o libre en forma de grafito), y en la manera de obtener dichas propiedades. Otro factor importante es la velocidad de enfriamiento, de manera que cuando aumenta favorece la formación de carbono combinado. De alguna manera, la velocidad de enfriamiento está relacionada con el efecto del silicio, ya que el principal efecto microestructural del silicio, como es la formación de carbono libre, se puede neutralizar, al menos parcialmente, aumentando la velocidad de enfriamiento.
Las fundiciones son muy fluidas en estado líquido y solidifican con una contracción moderada durante el enfriamiento. Además, debido a su alto contenido en carbono, las temperaturas de fusión son más bajas que en el caso de los aceros. Estas características facilitan su obtención, justificando su empleo para la obtención de piezas moldeadas de formas complicadas y con cambios bruscos de sección, que resultan difíciles de obtener a partir de la forja de aceros.
Señalar que el proceso de moldeo consiste en verter el material fundido en un molde y obtener la pieza en estado de acabado o semiacabado. El metal en estado bruto de fundición es poco homogéneo, debido al fenómeno de segregación, en virtud del cual resultan diferencias de composición química entre las distintas regiones del material. Para homogeneizar el material se le somete a un recocido de homogeneización a -200 ºC por encima de su punto crítico, durante bastante tiempo.
2.2.3.1. CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES.
El mejor método para clasificar las fundiciones es de acuerdo con su estructuras metalográfica. Las variables a considerar, que dan lugar a los diferentes tipos, son:
– El contenido de carbono.
– El contenido de elementos de aleación e impurezas.
– La velocidad de enfriamiento durante o después de la solidificación.
– El tratamiento térmico.
Por tanto, las podemos clasificar en:
§ Ordinarias
– Blanca.
– Gris.
– Atruchada.
§ Aleadas.
§ Especiales-
§ Maleables.
– Blanca.
– Negra o americana.
– Perlítica.
§ Grafito esferoidal o nodular.
a) Fundiciones ordinarias.
Blanca:
Presenta todo o parte del carbono (entre un 2.5 y 3%) que contiene en forma de carburo de hierro (Cfe3) o cementita, siendo éste el constituyente más duro de los aceros, pero tiene el inconveniente de ser muy frágil. Su fractura es de color blanco brillante, de ahí su nombre.
Características.
– Dureza muy alta (300 a 400 Brinell)
– Casi imposibles de mecanizar
– Materia prima para la obtención de aceros y fundiciones maleables
– Piezas con fuertes desgastes.
Gris
Presenta todo o parte del carbono en forma de finas láminas de grafito, repartidas entre la masa de hierro. Contiene entre un 3 y un 3.5 % de carbono. Se utiliza para piezas mecánicas que han de servir de soporte o de alojamiento de mecanismo (carcasa de motores, bancadas de máquinas, etc..)
Características.
– Dureza ( 200 y 250 unidades Brinell)
– No se puede soldar ni forjar
– Absorbe muy bien vibraciones
– Es fácil de mecanizar
– Posee propiedades autolubricantes.
Atruchada
Sus propiedades son intermedias entre la fundición blanca y la gris. Recibe este nombre por tener el color parecido al de las truchas.
b) Fundiciones aleadas
Se dice que una fundición es aleada cuando se le añaden elementos corno Ni, (: etc. En proporciones suficientes para modificar las propiedades de la fundición.
c) Fundiciones especiales
Se obtienen a partir de fundiciones ordinarias, mediante tratamientos térmicos adecuados o añadiendo algún elemento químico.
Maleables.
Se obtienen a partir de la fundición blanca y posteriormente se le da un tratamiento térmico. El resultado es una fundición no tan frágil como la fundición blanca y que conserva su tenacidad.
Maleable de corazón blanco: material oxidante + 950 ºC unos 10 días
Maleable de corazón negro: material neutro+ 875 ºC unos 6 días
Maleables de corazón perlítico: material neutro + 875ºC unos 6 días + enfriamiento rápido.
Nodular.
Consiste en la adición de magnesio, níquel o cerio a la fundición gris. Estos hacen que el grafito adquiera forma nodular (esferoidal) que le proporciona características similares a las de la fundición maleable pero con mayor resistencia mecánica.
Puede llegar a alcanzar propiedades cercanas a las de los aceros con un costo de producción mucho menor (en ciertos casos puede llegarse a un ahorro en costo del 60 %, consiguiéndose propiedades similares). Se usa en elementos sometidos a altas carcasas de bombas y turbinas, conducciones oleohidráulicas, etc.
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2.2.4. Ferroaleaciones.
Son productos siderúrgicos que, además del hierro, contienen uno o varios elementos químicos adicionales. Se emplean en la fabricación de aceros con propiedades especiales. Ferromanganeso, ferrocromos, ferrosilicios, ferrovanadios, ferrotungstenos.
2.2.5. Conglomerados férreos. Sinterizado o metalurgia de los polvos.
Son productos formados por la unión entre sí de distintos materiales férreos, en polvo los que se comprime en un molde, a altas presiones y temperaturas un poco inferiores a las fusión, obteniéndose una masa compacta.
Proceso de obtención:
a) Obtención de los polvos. El tamaño oscila entre algunas milésimas a décimas;
Molido.
Atomizado: Dirigiendo una fuerte corriente de aire a presión sobre un chorro de metal líquido. Que se recoge en un recipiente con agua.
b) Prensado Se lleva a cabo en matrices de acero templado capaces de soportar los esfuerzo sin deformarse. Para facilitar el prensado adicionamos lubricantes sólidos.
c) Sinterizado. Sometemos la pieza a una temperatura próxima a la de fusión, en atmósfera reductora.
d) Acabado. Con el objetivo de obtener las dimensiones definitivas de la pieza. Para ello acuña, lamina o mecaniza la pieza.
2.3. APLICACIONES.
2.3.1. APLICACIONES DE LOS ACEROS.
Los aceros pueden ser clasificados en función de sus diferentes aplicaciones.
Podemos establecer una designación convencional numérica de la siguiente forma:
Se define mediante la letra F que sirve para identificar el acero, seguida de cuatro cifras.
La 1ª cifra indica grandes grupos de acero, siguiendo un criterio de utilización como se indica en la siguiente tabla:
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La segunda cifra establece distintos subgrupos con características comunes:
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Las dos ultimas cifras no tienen valor clasificativo, solamente tienen como misión diferenciar un tipo de acero de otro, aplicándose a medida que éstos van siendo definidos cronológicamente.
2.3.2. APLICACIONES DE LA FUNDICIÓN.
A continuación describiremos las aplicaciones de las fundiciones, nos centraremos solamente en aquellas más utilizadas.
Fundiciones blancas.
Se caracterizan por un bajo contenido en Si y por una elevada velocidad de enfriamiento. Presentan una dureza notable y una importante resistencia al desgaste. Gracias a estas características son utilizadas normalmente para fabricar, mazos de trituradores, cilindros de laminadores…
Su función más importante consiste en establecer el punto de partida en la obtención de la fundición maleable.
Fundiciones grises.
Las fundiciones grises presentan una discontinuidad estructural característica. Debido a ello posee unos valores de resistencia a la tracción y al alargamiento muy bajos, un comportamiento bastante inelástico y una baja sensibilidad al corte.
Como ya sabemos las propiedades y las estructuras de una fundición dependen principalmente de la velocidad de enfriamiento de la pieza y en consecuencia de sus dimensiones.
Las aplicaciones más características de las fundiciones grises son en la fabricación de elementos robustos, dada su facilidad de colada, pero sin que ello suponga estar sometido a grandes esfuerzos.
Hemos de tener en cuenta que las aleaciones de este tipo, no pueden ser tratadas térmicamente.
Fundiciones aleadas.
Las fundiciones aleadas poseerán diferentes aplicaciones en función de la impureza que contengan.
Las aleaciones al Si, son muy frágiles y no mecanizables, por lo que se utilizan en instalaciones de la industria química.
Las aleaciones al Cr, presentan una buena resistencia al calor y a la corrosión, por lo que se emplean en la construcción de rejillas de hornos.
Las fundiciones al Cu aumentan la resistencia a la corrosión y la maleabilidad. Se utiliza en elementos de máquinas herramienta tal como engranajes, volantes, cigüeñales…
Las fundiciones al Ni son las más resistentes al la corrosión y a la oxidación.
Fundiciones maleables.
Las fundiciones maleables se consideran productos intermedios entre las fundiciones grises y los aceros. Pueden tratarse térmicamente y son adecuadas para piezas robustas.
Su aplicación más importante es en la industria automovilística y de producción de máquinas agrícolas, para obtener ejes, soportes, horquillas…También es muy empleado para empalmes roscados de tubos.
Sin embargo su limitación más importante es de carácter dimensional, ya que no es posible la construcción de piezas muy gruesas y de estructura adecuada de forma simultánea.
2.4. PRESENTACIÓN COMERCIAL.
El arrabio que se utiliza para alimentar los cubilotes o los hornos de acero se suministra del alta horno en forma de lingotes de aproximadamente 40 kg. Las fundiciones son utilizadas la gran mayoría de las veces para ser conformadas por moldeo.
Este proceso de conformación de piezas consiste básicamente en verter la fundición en caldo en moldes de arena en los que se ha hecho la huella para obtener la pieza definitiva. Los mismo procesos se usan para los aceros de moldeo vistos anteriormente. Los aceros se presentan en el mercado en forma de perfiles laminados.
Éste es un proceso de conformación que consiste en hacer pasar un lingote de acero entre dos rodillos comprimiendo e] material y dándole su forma definitiva. Se puede hacer pasar un lingote de acero tanto al rojo vivo (laminación en caliente) como en frío (laminación en frío).
Este último tipo de laminación se emplea sobre chapas más finas con maquinaria más pesada. La laminación, como hemos dicho, se aplica sobre unos lingotes que pueden adoptar las diferentes formas que se explican a continuación:
– Bloom desbaste cuadrado.
– Plachón o slab.
Partiendo de estos productos semielaborados se obtienen los perfiles definitivos que, bien se pueden usar directamente (perfiles normalizados para la construcción), o bien han de ser mecanizados.
Los más habituales son:
· Chapa. Superficies planas de: espesores comprendidos entre 3 y 20 mm.
· Perfiles diversos. Redondos, medio redondos, cuadradillos, pasamanos, pletinas y flejes.
· Tubos. Según su proceso de obtención, que se estudiarán más profundamente en temas posteriores, se dividen en:
– Sin costuras. Extrayendo material de la parte central de un redondo Utilizados si van a estar sometidos a presión hidráulica, neumática.
– Con cordón de soldadura. Proceso automatizado que curva una pletina y une los extremos mediante cordón de soldadura.
Perfiles normalizados. Utilizados fundamentalmente en la construcción. La normalización determina las dimensiones exactas que han de tener este tipo de perfiles.
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