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Conocimiento de materiales:




Enviado por gcontarino



    Indice
    1.
    Metales

    2. Definiciones
    básicas

    3. Siderurgia
    4. Acero

    1.
    Metales

    Definiciones:
    Los metales son
    electropositivos (tienden a perder electrones), conducen
    fácilmente el calor y la
    electricidad.
    En estado
    sólido los metales tienen estructura
    cristalina (los átomos están situados en los nudos
    de una red regular y
    definida)
    Los metales son isotrópicos (tienen iguales propiedades en
    todas las direcciones)
    Los defectos de la red, que provocan una
    disminución de la resistencia
    son:
    Vacancia: falta de átomos dentro de su distribución normal
    Dislocaciones: se produce la falta o discontinuidad en la
    línea de átomos (alteraciones en el paralelismo de
    la estructura)
    Atomos intersticiales: aparecen átomos de elementos de
    aleaciones con
    distinta estructura interna

    2. Definiciones
    básicas

    Elasticidad: las deformaciones desaparecen cuando se
    anula el esfuerzo que las provoca
    Plasticidad: permite que el material tenga deformación
    permanente sin llegar a la rotura
    Tenacidad: energía requerida para producir la rotura
    Resiliencia: energía absorbida por el material en un
    régimen elástico
    Ductilidad: propiedad que
    permite que el material se deforme antes de llegar a la
    rotura
    Fragilidad: opuesta a la ductilidad, el material se rompe con
    deformación nula o despreciable
    Maleabilidad: propiedad que permite, por procesos
    mecánicos, formar láminas delgadas sin
    fracturas
    Tensión: relación entre fuerza y
    superficie

    Solidificación de metales:
    Si el metal está fundido y lo enfriamos lentamente, este
    enfriamiento es continuo y uniforme, hasta el momento donde la
    temperatura se
    estabiliza y entonces comienza la solidificación. Cuando
    ésta termina continúa con la misma uniformidad, el
    período de enfriamiento, hasta la temperatura
    ambiente

    Soluciones sólidas:
    Sustancia cuyos iones constituyentes forman una única red
    cristalina, de forma que los iones del soluto se encuentran
    ocupando posiciones al azar en la celda del solvente. La
    diferencia de tamaño entre los iones del soluto y los del
    metal base provoca un endurecimiento de la aleación.
    Solución sólida sustitucional: el aleante sustituye
    las posiciones de los iones del metal base
    Solución sólida intersticial: el aleante se ubica
    entre los espacios interiónicos del metal base

    Aleación:
    Disolución (maleables): las moléculas de los
    diferentes componentes se mezclan en la masa (no cambian de
    naturaleza).
    Combinación (frágiles): formación de nuevas
    moléculas, diferentes de las de los componentes

    Solidificación de aleaciones
    metálicas:
    Las curvas de enfriamiento de las soluciones
    sólidas presentan un intervalo de solidificación.
    Entonces existe una temperatura de comienzo y una de
    culminación de la solidificación.

    Diagramas de equilibrio:
    – Sirven para conocer en todo momento el estado de
    la aleación partiendo de la temperatura y la
    composición
    – Se construye a partir de las curvas de enfriamiento
    – Nos suministran:

    Fases presentes a una determinada temperatura
    Composición de cada fase (sólido o
    líquido)
    Cantidad relativa de fases existentes en el campo bifásico
    (sólido + líquido)

    3.
    Siderurgia

    Es la parte de la metalurgia que
    estudia lo referente a Hierros, Aceros y Fundiciones.
    Los principales minerales de
    hierro
    son:
    Magnetita: 65% de hierro
    Óxido férrico: 50 % de hierro
    Óxidos férricos hidratados: son fáciles de
    reducir

    4. Acero

    Pueden ser considerados como aleaciones Hierro-Carbono con
    agregados e impurezas naturales como fósforo o azufre
    El acero está
    compuesto por Hierro y carburo de hierro (Cementita)
    El acero es hierro descarburado, con una proporción de
    carbono inferior a 1.8 % que puede adquirir otras propiedades
    mediante
    tratamientos térmicos o mecánicos.

    Procesos de conformación del acero:
    El hierro colado o arrabio contiene no solamente un exceso de
    carbono (procedente del carbón que ha servido para reducir
    el mineral), sino también azufre, fósforo y otras
    impurezas.
    Su conversión en acero se obtiene mediante afino,
    líquido o sólido, o pudelado, que eliminan el
    exceso de carbono y las impurezas indeseables.
    El afino es una oxidación que se efectúa en los
    convertidores de Bessemer (para arrabio silíceo y pobre en
    fósforo) o de thomas (hierros fosforosos), en los hornos
    de reverbero (martin), en hornos eléctricos o en crisoles,
    según sea la composición del hierro colado y la
    clase de acero que se desea elaborar.
    Consiste en inyectar aire u oxígeno, o una mezcla de ambos, en el seno
    del hierro fundido (al cual se le agrega a veces chatarra), con
    lo que se consuma la combustión del carbono y otras impurezas
    presentes en la masa. El uso del oxígeno
    atmosférico (aire) como reductor presenta inconvenientes
    debidos al elevado contenido de nitrógeno (78 %). Calentar
    inútilmente toda esa masa representa un enorme consumo,
    limita el volumen de los
    convertidores y afecta la calidad del
    acero. Además limita la proporción de chatarra que
    se puede agregar pues limita también la capacidad de
    oxidación. Por todo esto se implementan modernas técnicas
    de producción de acero al oxígeno.
    En el procedimiento LD
    , el oxígeno puro (con menos del 2 % de impurezas) es
    inyectado por una lanza tubular en la superficie del metal
    fundido y se obtiene así acero de calidad superior al
    acero martin y más barato. Para el afino de fundiciones
    fosforosas se aplican los procedimientos
    LDP y OLP, derivados del anterior, del cual difieren por la
    adición de cal al metal fundido. Si el contenido en
    fósforo supera el 0.5 %, se recurre al procedimiento
    Kaldo, que requiere un convertidor, no solamente basculante, sino
    también rotativo. El chorro de oxígeno inyectado
    por la boquilla incide oblicuamente en la superficie del metal
    fundido. El convertidor oscila y gira apropiadamente para que el
    proceso de
    descarburación sea prolongado y dé tiempo a que se
    ultime al de la desfosforación, que es más
    lento.
    El afino sólido da aceros muy puros y se practica mediante
    pudelado en hornos o crisoles donde el hierro pastoso (y no
    líquido) es descarburado por las escorias que absorben
    constantemente el oxígeno exterior y lo llevan en contacto
    con el carbono de la masa gracias a un batido constante de la
    misma. El crisol y el horno eléctrico dan aceros de alta
    calidad, por hallarse su composición perfectamente
    dosificada, aunque resultan caros. El acero martin o siemens, que
    permite aprovechar la chatarra, se sitúa, por su calidad y
    su costo de
    elaboración entre los anteriores y el de convertidor.
    Éste resulta muy barato porque no requiere ningún
    manantial de calor y se elabora rápidamente.
    El acero ordinario contiene 5 % de cuerpos aleados con el hierro:
    carbono, silicio y manganeso a razón de 1 % como
    máximo; azufre, fósforo y oxígeno a
    razón de 1 por mil. Unos son necesarios (por ejemplo un
    acero con más de 0.15 % de carbono no puede ser soldado si
    no contiene manganeso), mientras que otros son perjudiciales (el
    fósforo hace frágil al acero y el azufre disminuye
    su maleabilidad)
    Los aceros pueden adquirir propiedades muy diferentes mediante
    tratamientos térmicos (templado, recocido),
    fisicoquímicos (cementación, nitruración) y
    mecánicos (forjado, laminado, estirado,
    embutido).

    Principales aceros y sus aplicaciones:
    Aceros al carbono, aceros ordinarios, cuya composición, es
    modificada ligeramente (sobre todo la proporción de
    carbono) para obtener:
    Acero extradulce (clavos, tornillos, chapa para embutido, piezas
    de forja)
    Acero dulce (armazones metálicos, barras perfiladas,
    pernos, alambres)
    Acero semidulce (vaciado, maquinaria, forja)
    Acero semiduro (vaciado, árboles
    de transmisión, herramientas)
    Aceros duros (vaciado, armas,
    herramientas, rieles, resortes, cuchillos)
    Aceros extraduros (cables, cuerdas de piano, resortes,
    herramientas para trabajar materiales)

    Los aceros aleados o aceros especiales, modificados por
    adición de un solo elemento especial se denominan aceros
    binarios. Se llaman ternarios, cuaternarios o complejos, cuando
    los elementos son varios.
    Los aceros especiales más empleados son los que contienen
    níquel y cromo (aceros al cromoníquel).
    Llámanse aceros perlíticos cuando predomina el
    níquel y aceros austeníticos cuando éste
    entra en menores proporciones que el cromo.
    Los primeros se utilizan mucho en construcciones mecánicas
    mientras que los segundos constituyen los aceros
    inoxidables.

    Ventajas del acero:
    – Bajo costo de elaboración
    – Elevadas propiedades mecánicas
    – Gran resistencia estática,
    dinámica, rigidez y duración
    – Posibilidad de modificar las propiedades mecánicas
    con:
    – Tratamientos térmicos
    – Termoquímicos
    – Agregado de aleantes

    Por el % de carbono se clasifican en:
    Aceros Hipoeutectoides: % < 0.8
    Aceros hipereutectoides: % > 0.8
    De bajo carbono: % < 0.3
    De medio carbono: 0.3 < % < 0.7
    De alto carbono: 0.7 < % < 1.7

    Con el aumento de carbono se verifica:
    Disminuye la temperatura de fusión del
    acero
    Aumentan las características mecánicas
    Aumenta la fragilidad
    Mayor resistencia al desgaste

    Menor solubilidad
    Dificultad de mecanizado
    Facilidad para aplicación de tratamientos
    térmicos

     

     

     

     

    Autor:

    Guillermo Contarino

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