El documento habla sobre aleaciones ferrosas y aceros. Menciona que los aceros son aleaciones de hierro y carbono con menos del 2% de carbono. Explica los procesos de obtención de hierro y acero en un alto horno, incluyendo los materiales necesarios como mineral de hierro, coque y caliza. También describe brevemente diferentes tipos de aceros como aceros al carbono, de baja aleación y especiales.
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ALEACIONES FERROSAS
Aceros
Aleación entre Fe y C
con un contenido de
C inferior al 2%.
Al carbono
Fundiciones
Aleación entre Fe y C
con un contenido de
C entre el 2% y 4%.
Baja Aleación
Alta Aleación
Metal base: Fe
Elementos de aleación: C, otros
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Arrabio
El hierro se extrae de los minerales de
hierro en el alto horno.
OBTENCIÓN DE HIERRO Y ACERO
Escoria
Botadero o Materia prima Cemento
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El alto horno es un horno de cuba que trabaja en forma continua
Los altos hornos permiten elaborar más de 11.000 toneladas de arrabio por día.
Alto Horno
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PRODUCCION DE ARRABIO
MATERIALES BÁSICOS
•Mineral de Hierro
• El hierro se encuentra normalmente en la
naturaleza sólo como mineral .
Fe2O3 Fe3O4
• Es necesario romper las moléculas de
óxidos y así separar el Fe del oxígeno.
Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe
• Esta operación se realiza en el ALTO
HORNO
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MATERIALES BÁSICOS
El COQUE se quema como combustible para calentar el horno, libera CO, que
se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico
C + 1/2O2 => CO
Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe
Coque
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La CALIZA de la carga del horno se emplea como fuente adicional de CO y
como sustancia fundente (escorificante). Se combina con la sílice presente
en el mineral para formar silicato de calcio
MATERIALES BÁSICOS
Caliza
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Carga típica en Alto Horno
Composición química del
Arrabio
Componentes kg/t kg/carga
Mineral de Hierro 490 9.600
Pellets 995 19.600
Chatarra 15 300
Mineral de Mn 22 450
Caliza 112 2.300
Cuarzo 12 250
Coque 451 9.200
Petróleo + Alquitrán 44 899
Aire Insuflado
1.530
m3/min
Temperatura Aire Insuflado 1.030ºC
Elementos %
Fierro (Fe) 93,70
Carbono (C) 4,50
Manganeso (Mn) 0,40
Silicio (Si) 0,45
Fósforo (P) 0,110
Azufre (S) 0,025
Vanadio (V) 0,35
Titanio (Ti) 0,06
Temperatura en Alto Horno : 1.460ºC
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DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS
•La mayoría de los materiales se designa con códigos establecidos por Normas.
•Las NORMAS especifican cualidades de los materiales, que pueden cubrir
composición química, propiedades mecánicas, terminación superficial.
•Las normas relacionadas con los metales provienen de diferentes organizaciones:
SAE Society of Automotive Engineering
AISI American Iron and Steel Institute
ASTM American Society for Testing
Materials
UNS Unified Numbering System
CDA Copper Development Association
NCh Norma Chilena
DIN Norma Alemana
ACEROS
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El contenido de carbono modifica las propiedades den acero.
Aceros con mayor contenido de carbono presentan mayor dureza y menor
ductilidad.
La chispa cambia de morfología, desde espigas largas para bajo carbono hasta
espigas muy cortas para alto carbono.
Cambia la microstructura .
Influencia del carbono
ACEROS
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• El diagrama hierro carbono es fundamental para entender el efecto del
carbono en los aceros.
• El diagrama es un mapa que relaciona el contenido de carbono y la
temperatura a la que se encuentra el acero
• Entrega información sobre la estructura interna (microestructura) del
material, que de ellas dependen sus propiedades.
ACEROS
Influencia del carbono
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ACEROS
Influencia del carbono
¿Qué es la microestructura?
Así como el ser humano está estructurado por huesos y músculos los materiales en
general también poseen una estructura que es observable a nivel microscópico, esta
estructura es muy notoria a simple vista en la madera (se puede ver la veta y los
nudos), las propiedades de los materiales tienen directa relación con su
microestructura.
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ACEROS AL CARBONO
• Son los aceros que están constituidos
esencialmente por Fe y C
• Se clasifican según su microestructura
(Diagrama Fe-C), contenido de carbono (AISI-
SAE) y propiedades mecánicas (NCH, ASTM).
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Clasificación
Los aceros se clasifican según sus composición química, propiedades
mecánicas o uso.
Según el diagrama Fe – C , los aceros se pueden clasificar en:
Hipoeutectoides. Poseen
un contenido de carbono
inferior al 0,8%.
Hipereutectoides. Poseen
un contenido de carbono
superior al 0,8%.
Eutectoides.
Poseen un contenido de
carbono igual a 0,8%.
ACEROS AL CARBONO
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DESIGNACIÓN DE ACEROS AL CARBONO
Designación AISI - SAE
Ejemplo:
Acero AISI-SAE 1045
El 10 corresponde a un acero al carbono. El 45 al contenido de carbono: 0,45%.
Según Norma DIN Ck 45
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Aceros al Carbono con Plomo
Usados generalmente para producciones en serie en tornos con control
numérico, ya que se obtiene viruta corta.
APLICACIONES
AISI-SAE 12L14 La letra L corresponde Plomo
Según Norma DIN 9SMnPb36
W.Nr 1.0737
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Aceros al Carbono Estructurales
•Clasificación según Norma Chilena NCH
•Se designan y clasifican de acuerdo a sus propiedades mecánicas.
Ejemplo:
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ACEROS DE BAJA ALEACIÓN
Son los que poseen un contenido de elementos de aleación inferior al 8%
Designación AISI - SAE
Ejemplo:
Acero AISI-SAE 4340
El 43 corresponde a un acero con Cr, Ni, Mo. El 40 al contenido de carbono: 0,45%.
Según DIN 34CrNiMo6
Según W. Nr 1.6582
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ACEROS ESTRUCTURALES ALEADOS
• Aceros con pequeñas adiciones de elementos aleantes para mejorar resistencia a la
tracción y tenacidad.
• Poseen buena soldabilidad y conformabilidad.
• Están designados bajo la norma ASTM.
• Se conocen como aceros HSLA (Alta resistencia y baja aleación)
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ACEROS PARA HERRAMIENTAS
Clasificación según medio de temple
•Aceros de endurecimiento en Agua, (W)
•Aceros para trabajo en frío, templables en aceite (O)
•Aceros para trabajo en frío, templables al aire (A)
SAE O1
SAE A1
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Clasificación según uso
•Aceros resistentes a impactos, (S)
•Aceros para matricería (D)
•Aceros para trabajos en caliente, (H)
Aceros base Cromo, H13
Aceros base Tungsteno, H21
Aceros base Molibdeno, H42
SAE H13SAE S1
SAE D1
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
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ACEROS PARA HERRAMIENTAS
Aceros rápidos HSS, Tipo T y M
•Tipo T (Tungsteno), T1
•Tipo M (Molibdeno), M1
•Son aceros con Tungsteno o Molibdeno.
•Estos elementos son formadores de carburos,
los cuales mejoran considerablemente la
dureza y refractariedad del acero.
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ACEROS ESPECIALES
ACEROS AUSTENÍTICOS AL MANGANESO (HADFIELD)
Son aceros con un contenido de manganeso superior al 11%.
Están designados y clasificados según la norma ASTM A-128
Propiedades.
•Alta tenacidad, la cual es se obtiene mediante un enfriamiento rápido.
•Excelente resistencia al desgaste.
•Endurecibles por trabajo en frío y sobre todo por impacto.
•Baja conductividad térmica.
•Paramagnético.
•No presenta resistencia a la corrosión.
•Mala maquinabilidad ya que se endurece al contacto con la herramienta.
Grado C Mn Cr Mo Ni Si P
A 1.05-1.35 11.0 min 1.0 max 0.07 max
B1 0.9-1.05 11.5-14 1.0 max 0.07 max
C 1.05-1.35 11.5-14 1.5-2.5 1.0 max 0.07 max
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ACEROS MARAGING
Son aceros con un alto contenido de níquel y muy bajo carbono (0.03%). Son aceros
que al ser templados adquieren propiedades como alta tenacidad y ductilidad.
También pueden ser endurecidos por precipitación a Tº cercanas a los 480ºC. En este
sentido el endurecimiento se logra debido a la precipitación de compuestos como
Ni3Mo, Ni3Ti
Tipo Ni Mo Co Ti Al
18 Ni /200 18 3.3 8.5 0.2 0.1
18Ni /300 18 5.0 9.0 0.65 0.1
ACEROS ESPECIALES
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Aplicaciones
•Piezas de misiles y de aviación.
•Cascarones de submarinos de grandes profundidades.
•Palos de golf, puentes mecanos.
•Piezas de alta resistencia y de formas complicadas.
ACEROS MARAGING
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¿Qué es un Inoxidable?
El cromo está disuelto en el fierro (solución sólida)
El Cr no debe ser inferior a un 12%
Es posible agregar otros elementos de aleación para mejorar
propiedades
Existen distintos tipos de inoxidables (de acuerdo a composición y
procesos de transformación)
Algunas Observaciones
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¿Por qué es inoxidable?
En la solidificación, el oxigeno difunde en el metal y se disuelve en él
Reacciona químicamente el Cr con el O (ambos disueltos)
Se forma una capa superficial de Cr2O3
O2
O2
SUPERFICIE DEL ACERO SOLIDIFICADO
Cr
O + Cr
Cr
Cr
Cr
Cr
CrOO
O
O
O
Cr2O3
Esta capa impermeabiliza al acero
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TIPOS DE INOXIDABLES
Ferríticos
• Contienen nominalmente entre un 10.5 y un 30% Cr, y menos de 0.12%C.
• Por el bajo contenido de carbono suelen tener relativamente una regular
ductilidad y formabilidad.
• Su resistencia a altas temperaturas es inferior a otros aceros inoxidables.
• Son ferromagnéticos.
Ejemplos de esta familia son los 405(13Cr), 409(11Cr), 430(17Cr), 442(21Cr),
446(25Cr)
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Martensíticos
•Contienen entre un 12 y un 18% Cr, y entre un 0.1 a 1.2%C.
•Son templables.
•La presencia de carburos en exceso permite incrementar la resistencia al
desgaste, o mantener filos, como es el caso de hojas de cuchillos.
•Son ferromagnéticas.
Ejemplos de esta familia son el 410 (13Cr, endurecible en aire),
420(13Cr,>0.15C), 431(16Cr, 1.8Ni, 0.2%C max), y los 440(17Cr)
TIPOS DE INOXIDABLES
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Austeníticos
•Éstos son aleaciones ternarias Fe-Cr-Ni, con muy poco carbono. El contenido de Cr
fluctúa entre 15 y 26%, y con contenidos de Ni hasta un 35%.
•Su característica más saliente es que son austeníticos a temperatura ambiente.
•Dada su estructura FCC, solo pueden ser endurecidos por deformación y suelen
presentar una elevada ductilidad.
•Estos aceros poseen excelentes propiedades criogénicas, una buena resistencia a
temperaturas elevadas y son paramagnéticas.
Representantes típicos de este grupo son 201 y 202 (bajo Ni y alto Mn), 302, 304,
304L(tipo 19-9), 309(23-13), 301(25-20), 3016, 316L(tipo 17-12), 321(18-11 con Ti) y
347(18-11 con Nb).
TIPOS DE INOXIDABLES
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AISI 316
DIN X5CrNiMo17- 12- 2
W.Nr 1.4401
AISI 316 L
DIN X2CrNiMo17- 12- 2
W.Nr 1.4404
C Cr Mo Ni
316 0,07 max 16,5 – 18,5 2 – 2,5 10 - 13
316 L 0,03max 16,5 – 18,5 2 – 2,5 10 - 13
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FUNDICIONES
Son aleaciones de Fe-C-Si que por lo general contienen entre un 2 y 4%
de C, y 0.5 a 3% de Si.
FUNDICIÓN BLANCA
Se denomina así porque su superficie de fractura es blanca (plateada)
Se obtiene debido a un enfriamiento rápido en la solidificación.
Su composición tipo es Fe-2.5%C-1%Si.
Es un material frágil, apto para aplicaciones resistentes al desgaste sin
impacto.
Su microestructura está constituida en gran parte por Fe3C.
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FUNDICIÓN GRIS
Se denomina así porque su superficie de fractura es gris
Se obtiene debido a un enfriamiento lento en la solidificación.
Su composición tipo es Fe-3%C-1,5%Si.
Posee una gran capacidad para amortiguar vibraciones, buena
autolubricación.
Su microestructura está constituida por ferrita y grafito laminar.
Las fundiciones grises se agrupan en dos categorías:
•20 A, 20 B, 20 C, 25 A, 25 B, 25 C, 30 A, 30 B, 30 C, 35 A, 35 B, y 35 C, que se
caracterizan por su excelente maquinabilidad, alta capacidad de amortiguamiento,
bajo módulo de elasticidad y comparativamente fácil elaboración.
•Las fundiciones de las clases 40 B, 40 C, 45 B, 45 C, 50 B, 50 C, 60 B y 60 C, son
generalmente más difíciles de mecanizar, tienen menor capacidad de
amortiguamiento, menor módulo de elasticidad y son más difíciles de elaborar.
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FUNDICIÓN NODULAR
Se obtiene debido a un tratamiento térmico de la fundición gris.
Este tipo de fundiciones posee propiedades similares al acero, presenta
una ductilidad adecuada a ciertas exigencias.
Su microestructura está constituida por ferrita y grafito nodular.
