miércoles, 6 de julio de 2011
miércoles, 8 de junio de 2011
TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO
Para cambiar las propiedades del acero se usan diferentes tipos tratamientos térmicos, que cambian su micro estructura.
En general hay cuatro tipos básicos de tratamiento térmico:
1. Temple.
2. Revenido.
3. Recocido.
4. Normalización.
Todos los tratamientos térmicos tiene una ruta obligatoria:
• Calentamiento del acero hasta una temperatura determinada.
• Permanencia a esa temperatura cierto tiempo.
• Enfriamiento más o menos rápido.
El hierro tiene una temperatura de fusión de 1539 oC, y en estado sólido presenta el fenómeno de la alotropía o polimorfismo.
En la mayoría de los casos, el calentamiento del acero para el temple, normalización y recocido se hace unos 30-50 oC por encima de la temperatura de cambio alotrópico. Las temperaturas mayores, si no son necesarias para un uso especial, no son deseables para evitar un crecimiento excesivo del grano.
GRAFICA DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS (ACERO).
PROCESOS DE TRATAMIENTOSS TERMICOS:
El temple se hace utilizando un enfriamiento rápido en agua o en aceite.
Después del temple, obligatoriamente, se ejecuta el revenido, cuyo objetivo es disminuir en algo la uniformidad de la estructura y, de tal modo, quitar las tensiones internas de la pieza. El revenido siempre se realiza a una temperatura menor a la de la transformación del material.
RECOCIDO:
El recocido tiene diferentes objetivos en el tratamiento térmico del acero y generalmente suele ser de dos clases:
1. Recocido de primera clase o subcrítico: Se aplica para eliminar tensiones residuales, acritud, y cambiar forma de la cementita a cementita esferoidal en los aceros de alto carbono para poder trabajarlos mejor. Por lo común mientras más alta es la temperatura, tanto más corto puede ser el tiempo de permanencia, pero, de todos modos, para la esferoidización se requiere un permanencia larga. El recocido para eliminar la acritud se efectúa después de la deformación plástica en frío; con ello no solo se reducen las tensiones, sino también la recristalización de la estructura, por eso se le denomina recocido de recristalización.
2. Recocido de segunda clase o supercrítico: Tiene como objeto diferentes finalidades, y exactamente:
• Disminución del grano.
• Obtención de una estructura equilibrada y más blanda.
• Modificación de la estructura en piezas fundidas.
• Eliminación de las segregaciones dendríticas.
• Recocido de homogenización:
Generalmente este recocido se logra durante el calentamiento de los lingotes para su tratamiento por presión en la fabricación de piezas en caliente. La homogenización exige una temperatura muy alta (unos 1000-1100 oC) y una permanencia larga (15 o más horas). Durante este recocido es inevitable el crecimiento del grano, la disminución de este se realiza después por medio de un recocido de recristalización.
Normalización. :
• La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con enfriamiento al aire.
La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que después del recocido y la perlita está más dispersa. Por eso el acero normalizado tiene resistencia y tenacidad un poco más alta y una maquinabilidad más baja que el acero recocido.
En la figura 3 se muestra un gráfico en el que se destacan las zonas de temperatura utilizadas más comúnmente para la realización de los diferentes tratamientos térmicos.
Compuestos del hierro y el carbono:
El hierro forma con el carbono el carburo de hierro, Fe3C, que se denomina cementita y contiene 6.67 % de carbono en peso. La cementita es frágil y muy dura; a temperaturas superiores a 210 oC no tiene propiedades magnéticas.
La cementita pura no es estable, especialmente a altas temperaturas, y se desintegra en grafito y solución sólida: ferrita o austenita, según la temperatura.
Sin embargo, en las aleaciones de bajo contenido de carbono la cementita existente es estable hasta altas temperaturas y por eso se le puede considerar como un componente autónomo dentro de la masa del acero.
La cementita en el acero puede tener tres orígenes y se llaman:
• Primaria: Segregada a partir de la reacción del hierro y el carbono en la solución líquida.
• Secundaria: La que se precipita de la austenita al enfriarse.
• Terciaria: La que se desprende de la ferrita al enfriarse por debajo de 910 oC.
La cementita puede mezclarse mecánicamente con la austenita desde la solución líquida, la mezcla eutéctica de cementita y austenita se denomina ledeburita. De la misma forma la cementita puede mezclarse desde la solución sólida con la ferrita procedente de la desintegración de la austenita a menos de 723 oC y concentración de carbono de 0.8 %. La mezcla eutectoide* de ferrita y cementita se llama perlita.
Con estos elementos examinemos ahora el carácter de las formaciones estructurales de los aceros en el proceso de enfriamiento, desde el estado líquido hasta las temperaturas normales. Este proceso es reversible por lo que los procesos son válidos también durante el calentamiento.
Solubilidad del carbono en hierro.
Los hierros alfa y gamma disuelven muy poco carbono (entre 0,025 y 0.1%), y a esas soluciones se les denomina ferrita. La ferrita es muy blanda y plástica según el tamaño de sus granos; por debajo de 768 oC tiene propiedades ferromagnéticas muy acentuadas.
La solubilidad del carbono en el hierro delta es mucho mayor, y puede alcanzar el 2% en peso a 1130 oC. Esta solución se llama austenita y existe comúnmente por encima de 723 oC (por métodos especiales puede obtenerse austenita a temperaturas menores).
La austenita es blanda y plástica, no es magnética y peor conductor del calor que la ferrita.
El acero y su temperatura.
Para comprender mejor la influencia del tratamiento térmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferente temperatura. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisión en el llamado diagrama de equilibrio hierro-carbono.
En este artículo vamos a describir de manera muy simplificada, las estructuras del acero a diferentes temperaturas.
A temperaturas menores de 910 oC y por encima de 1400 oC el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer caso se le llama hierro alfa y en el segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910-1400 oC el hierro tiene la red cúbica centrada en las caras y se le llama hierro delta.
Clasificación del Acero:
Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas.
• Aceros al carbono: El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre.
• Aceros de baja aleación ultra resistentes: Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.
• Aceros inoxidables: Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos.
• Aceros de herramientas: Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.
• Aceros Aleados :
Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%.
• Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización :
Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros de muelles
Aceros indeformables
Aceros de construcción:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros para muelles
Aceros de nitruracion
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para imanes
Aceros para chapa magnetica
Aceros inoxidables y resistentes al calor
Aceros de herramientas:
Aceros rápidos
Aceros de corte no rápidos
Aceros indeformables
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para trabajos de choque
Aceros inoxidables y resistentes al calor.
En general hay cuatro tipos básicos de tratamiento térmico:
1. Temple.
2. Revenido.
3. Recocido.
4. Normalización.
Todos los tratamientos térmicos tiene una ruta obligatoria:
• Calentamiento del acero hasta una temperatura determinada.
• Permanencia a esa temperatura cierto tiempo.
• Enfriamiento más o menos rápido.
El hierro tiene una temperatura de fusión de 1539 oC, y en estado sólido presenta el fenómeno de la alotropía o polimorfismo.
En la mayoría de los casos, el calentamiento del acero para el temple, normalización y recocido se hace unos 30-50 oC por encima de la temperatura de cambio alotrópico. Las temperaturas mayores, si no son necesarias para un uso especial, no son deseables para evitar un crecimiento excesivo del grano.
GRAFICA DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS (ACERO).
El temple se hace utilizando un enfriamiento rápido en agua o en aceite.
Después del temple, obligatoriamente, se ejecuta el revenido, cuyo objetivo es disminuir en algo la uniformidad de la estructura y, de tal modo, quitar las tensiones internas de la pieza. El revenido siempre se realiza a una temperatura menor a la de la transformación del material.
RECOCIDO:
El recocido tiene diferentes objetivos en el tratamiento térmico del acero y generalmente suele ser de dos clases:
1. Recocido de primera clase o subcrítico: Se aplica para eliminar tensiones residuales, acritud, y cambiar forma de la cementita a cementita esferoidal en los aceros de alto carbono para poder trabajarlos mejor. Por lo común mientras más alta es la temperatura, tanto más corto puede ser el tiempo de permanencia, pero, de todos modos, para la esferoidización se requiere un permanencia larga. El recocido para eliminar la acritud se efectúa después de la deformación plástica en frío; con ello no solo se reducen las tensiones, sino también la recristalización de la estructura, por eso se le denomina recocido de recristalización.
2. Recocido de segunda clase o supercrítico: Tiene como objeto diferentes finalidades, y exactamente:
• Disminución del grano.
• Obtención de una estructura equilibrada y más blanda.
• Modificación de la estructura en piezas fundidas.
• Eliminación de las segregaciones dendríticas.
• Recocido de homogenización:
Generalmente este recocido se logra durante el calentamiento de los lingotes para su tratamiento por presión en la fabricación de piezas en caliente. La homogenización exige una temperatura muy alta (unos 1000-1100 oC) y una permanencia larga (15 o más horas). Durante este recocido es inevitable el crecimiento del grano, la disminución de este se realiza después por medio de un recocido de recristalización.
Normalización. :
• La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con enfriamiento al aire.
La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que después del recocido y la perlita está más dispersa. Por eso el acero normalizado tiene resistencia y tenacidad un poco más alta y una maquinabilidad más baja que el acero recocido.
En la figura 3 se muestra un gráfico en el que se destacan las zonas de temperatura utilizadas más comúnmente para la realización de los diferentes tratamientos térmicos.
Compuestos del hierro y el carbono:
El hierro forma con el carbono el carburo de hierro, Fe3C, que se denomina cementita y contiene 6.67 % de carbono en peso. La cementita es frágil y muy dura; a temperaturas superiores a 210 oC no tiene propiedades magnéticas.
La cementita pura no es estable, especialmente a altas temperaturas, y se desintegra en grafito y solución sólida: ferrita o austenita, según la temperatura.
Sin embargo, en las aleaciones de bajo contenido de carbono la cementita existente es estable hasta altas temperaturas y por eso se le puede considerar como un componente autónomo dentro de la masa del acero.
La cementita en el acero puede tener tres orígenes y se llaman:
• Primaria: Segregada a partir de la reacción del hierro y el carbono en la solución líquida.
• Secundaria: La que se precipita de la austenita al enfriarse.
• Terciaria: La que se desprende de la ferrita al enfriarse por debajo de 910 oC.
La cementita puede mezclarse mecánicamente con la austenita desde la solución líquida, la mezcla eutéctica de cementita y austenita se denomina ledeburita. De la misma forma la cementita puede mezclarse desde la solución sólida con la ferrita procedente de la desintegración de la austenita a menos de 723 oC y concentración de carbono de 0.8 %. La mezcla eutectoide* de ferrita y cementita se llama perlita.
Con estos elementos examinemos ahora el carácter de las formaciones estructurales de los aceros en el proceso de enfriamiento, desde el estado líquido hasta las temperaturas normales. Este proceso es reversible por lo que los procesos son válidos también durante el calentamiento.
Solubilidad del carbono en hierro.
Los hierros alfa y gamma disuelven muy poco carbono (entre 0,025 y 0.1%), y a esas soluciones se les denomina ferrita. La ferrita es muy blanda y plástica según el tamaño de sus granos; por debajo de 768 oC tiene propiedades ferromagnéticas muy acentuadas.
La solubilidad del carbono en el hierro delta es mucho mayor, y puede alcanzar el 2% en peso a 1130 oC. Esta solución se llama austenita y existe comúnmente por encima de 723 oC (por métodos especiales puede obtenerse austenita a temperaturas menores).
La austenita es blanda y plástica, no es magnética y peor conductor del calor que la ferrita.
El acero y su temperatura.
Para comprender mejor la influencia del tratamiento térmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferente temperatura. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisión en el llamado diagrama de equilibrio hierro-carbono.
En este artículo vamos a describir de manera muy simplificada, las estructuras del acero a diferentes temperaturas.
A temperaturas menores de 910 oC y por encima de 1400 oC el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer caso se le llama hierro alfa y en el segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910-1400 oC el hierro tiene la red cúbica centrada en las caras y se le llama hierro delta.
Clasificación del Acero:
Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas.
• Aceros al carbono: El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre.
• Aceros de baja aleación ultra resistentes: Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.
• Aceros inoxidables: Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos.
• Aceros de herramientas: Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.
• Aceros Aleados :
Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%.
• Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización :
Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros de muelles
Aceros indeformables
Aceros de construcción:
Aceros de gran resistencia
Aceros de cementación
Aceros para muelles
Aceros de nitruracion
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para imanes
Aceros para chapa magnetica
Aceros inoxidables y resistentes al calor
Aceros de herramientas:
Aceros rápidos
Aceros de corte no rápidos
Aceros indeformables
Aceros resistentes al desgaste
Aceros para trabajos de choque
Aceros inoxidables y resistentes al calor.
miércoles, 25 de mayo de 2011
TECNOLOGIA DEL ACERO
DEFINICIONES:
Comúnmente se denomina acero a una aleaciones de hierro y carbona donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones que, a diferencia de los aceros, son quebradizas y no se pueden forjar, sino que se moldean.
Caracteristicas Mecanicas y Tecnologicas del Acero:
* Su densidad media es de 7850 kg/m³.
* En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
* El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.
* Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.
* Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.
* Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
* Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.
* Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.
* Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.
* La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.
* Se puede soldar con facilidad.
* Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo.
* Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales
* Posee una alta conductividad eléctrica.
PROCESO PRODUCTVO:
El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:
• el arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de horno alto (proceso integral);
• las chatarras férricas,
Que condicionan el proceso de fabricación. En líneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con oxígeno, mientras que partiendo de chatarra como única materia prima se utiliza exclusivamente el horno eléctrico (proceso electro siderúrgico).
La Chatarra :
Tras el proceso de reconversión industrial de la siderurgia en España se abandona la vía del horno alto y se apuesta de forma decidida por la obtención de acero a través de horno eléctrico.
En este proceso, la materia prima es la chatarra, a la que se le presta una especial atención, con el fin de obtener un elevado grado de calidad de la misma. Para ello, la chatarra es sometida a unos severos controles e inspecciones por parte del fabricante de acero, tanto en su lugar de origen como en el momento de la recepción del material en fábrica.
La calidad de la chatarra depende de tres factores:
• De su facilidad para ser cargada en el horno;
• De su comportamiento de fusión (densidad de la chatarra, tamaño, espesor, forma, etc.);
• De su composición, siendo fundamental la presencia de elementos residuales que sean difíciles de eliminar en el proceso del horno.
Proceso De Fabricación Del Acero :
El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino.
Fase de fusión :
Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.
Fase de afino :
El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara.
En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, niquel, molibdeno, vanadio, titanio, etc.).
El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación.
El control del proceso:
Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus fases empezando, como ya se ha comentado, por un estricto control de las materias primas cargadas en el horno.
El Horno De Recalentamiento :
El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas hasta un valor óptimo para ser introducidas en el tren de laminación. Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distingues tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneización. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio de distintos dispositivos de avance. La atmósfera en el interior del horno es oxidante, con el fin de reducir al máximo la formación de cascarilla.
Tratamientos térmicos :
Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas del acero también son alteradas.
Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son:
• Temple
• Revenido
• Recocido
• Normalizado
Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.
• Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
• Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.
• Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.
• Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.
• Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.
Impurezas En El Acero:
Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades mínimas.
• Azufre: límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estado líquido, lo que provoca el desgranamiento del material.
Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusión y buenas propiedades plásticas. El contenido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces la concentración de S para que se produzca la reacción.
El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa, y por lo tanto de mayor calidad.
Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la maquinabilidad en los procesos de mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura.
• Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y posee punto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material su fragilidad.
Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y la tenacidad, haciéndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.
Desgaste :
Es la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambios estrucuturales como transformación de fase o recristalización, fenómenos de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de contacto.
IMAGENES:
Comúnmente se denomina acero a una aleaciones de hierro y carbona donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones que, a diferencia de los aceros, son quebradizas y no se pueden forjar, sino que se moldean.
Caracteristicas Mecanicas y Tecnologicas del Acero:
* Su densidad media es de 7850 kg/m³.
* En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
* El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.
* Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.
* Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.
* Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
* Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.
* Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.
* Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.
* La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.
* Se puede soldar con facilidad.
* Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo.
* Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales
* Posee una alta conductividad eléctrica.
PROCESO PRODUCTVO:
El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:
• el arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de horno alto (proceso integral);
• las chatarras férricas,
Que condicionan el proceso de fabricación. En líneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con oxígeno, mientras que partiendo de chatarra como única materia prima se utiliza exclusivamente el horno eléctrico (proceso electro siderúrgico).
La Chatarra :
Tras el proceso de reconversión industrial de la siderurgia en España se abandona la vía del horno alto y se apuesta de forma decidida por la obtención de acero a través de horno eléctrico.
En este proceso, la materia prima es la chatarra, a la que se le presta una especial atención, con el fin de obtener un elevado grado de calidad de la misma. Para ello, la chatarra es sometida a unos severos controles e inspecciones por parte del fabricante de acero, tanto en su lugar de origen como en el momento de la recepción del material en fábrica.
La calidad de la chatarra depende de tres factores:
• De su facilidad para ser cargada en el horno;
• De su comportamiento de fusión (densidad de la chatarra, tamaño, espesor, forma, etc.);
• De su composición, siendo fundamental la presencia de elementos residuales que sean difíciles de eliminar en el proceso del horno.
Proceso De Fabricación Del Acero :
El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino.
Fase de fusión :
Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.
Fase de afino :
El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara.
En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, niquel, molibdeno, vanadio, titanio, etc.).
El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación.
El control del proceso:
Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus fases empezando, como ya se ha comentado, por un estricto control de las materias primas cargadas en el horno.
El Horno De Recalentamiento :
El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas hasta un valor óptimo para ser introducidas en el tren de laminación. Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distingues tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneización. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio de distintos dispositivos de avance. La atmósfera en el interior del horno es oxidante, con el fin de reducir al máximo la formación de cascarilla.
Tratamientos térmicos :
Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas del acero también son alteradas.
Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son:
• Temple
• Revenido
• Recocido
• Normalizado
Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.
• Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
• Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.
• Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.
• Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.
• Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.
Impurezas En El Acero:
Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades mínimas.
• Azufre: límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estado líquido, lo que provoca el desgranamiento del material.
Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusión y buenas propiedades plásticas. El contenido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces la concentración de S para que se produzca la reacción.
El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa, y por lo tanto de mayor calidad.
Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la maquinabilidad en los procesos de mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura.
• Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y posee punto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material su fragilidad.
Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y la tenacidad, haciéndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.
Desgaste :
Es la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambios estrucuturales como transformación de fase o recristalización, fenómenos de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de contacto.
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