Buenas compañeros.
En esta nueva entrada os voy a hablar sobre el hieroo y el acero. Espero que no os resulte tan aburrido...😌😎
Obtención del Hierro y su uso industrial;
Una de las actividades más importantes en el desarrollo de la civilización es la obtención de metales con los que fabricar herramientas. Este conjunto de procesos es bastante complejo, y específico para cada metal.Pero siempre causa un gran impacto sobre el medio ambiente, que debe minimizarse en lo posible.
El hierro es un metal de transición y es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5 % y, entre los metales, solo el aluminio es más abundante; y es el primero más abundante en masa planetaria
El uso más extenso del hierro es para la obtención de aceros estructurales; también se producen grandes cantidades de hierro fundido y de hierro forjado. Entre otros usos del hierro y de sus compuestos se tienen la fabricación de imanes, tintes (tintas, papel para helio gráficas, pigmentos pulidores) y abrasivos.
Producción del acero;
El uso más extenso del hierro es para la obtención de aceros estructurales; también se producen grandes cantidades de hierro fundido y de hierro forjado. Entre otros usos del hierro y de sus compuestos se tienen la fabricación de imanes, tintes (tintas, papel para helio gráficas, pigmentos pulidores) y abrasivos.
Primero hay que sacar el mineral de la mina, que suele ser subterránea en el caso del mineral de hierro, aunque el desbordante crecimiento de la construcción ha multiplicado el aprovechamiento de las minas a cielo abierto
El transporte del mineral dentro y fuera de la mina obliga al uso de gran número de vehículos.
Cuando llega el mineral de hierro a la industria, se procesa junto a caliza y carbón mineral —otros minerales que deben extraerse de minas— en los altos hornos, de forma semejante a grandes chimeneas, donde ocurren las reacciones que transforman el óxido de hierro inicial en hierro metálico.
Los altos hornos consumen una enorme cantidad de energía, y producen muchos gases que terminan, en mayor o menor medida, en la emisión de gases que se difunden en la atmósfera circundante.
El hierro así obtenido contiene una gran cantidad de impurezas, entre ellas el carbono, que si excede cierta proporción, convierte a la aleación en frágil y muy dura.
Para eliminar las impurezas y el carbono en exceso se usan los convertidores, que mediante calentamiento e inyección de gases convierten la mezcla enacero, que no es más que hierro con carbono, al que se puede añadir la proporción deseada de otros elementos.
Hay 2 formas para producir acero:
1.- El método de los convertidores.
2.- El uso de hornos especiales.
2.- El uso de hornos especiales.
Los convertidores
La esencia del método de los convertidores para la obtención del acero consiste en que a través del hierro fundido líquido cargado al convertidor, se inyecta aire, que burbujea dentro de la masa fundida y cuyo oxígeno oxida el carbono y otras impurezas.
El convertidor presenta un recipiente en forma de pera, soldado con chapas gruesas de acero y revestido interiormente con material refractario. En la parte central del convertidor, exteriormente se hallan dos tetones cilíndricos llamados muñones que sirven de soporte y permiten girar el convertidor. Uno de los muñones es hueco y se une con el tubo conductor de aire. Del muñón el aire es conducido por un tubo y por la caja de aire al fondo. En el fondo del convertidor están las toberas a través de las cuales el aire se suministra al convertidor a presión. También se utiliza la insuflación de oxígeno con lo que el proceso se hace mas rápido y eficiente.
Producción en hornos.
El uso razonable del hierro fundido y la mas completa utilización de la chatarra ferrosa, se logra al producir aceros en horno.A diferencia de los convertidores, los hornos de producción de acero son cámaras revestidas con material refractario donde se vierte arrabio en lingotes o líquido y chatarra ferrosa, junto con otros materiales que sirven de fundentes y aportadores de elementos necesarios para los procesos de oxidación. Luego el material se calienta por diversos métodos hasta su fundición con lo que comienzan los procesos de oxidación de las impurezas y del propio hierro y se va formando la escoria.
En estos hornos no se inyecta aire a la masa de metal fundido como en los convertidores, por el contrario los procesos de oxidación de las impurezas se realizan al interactuar los componentes de la escoria con el metal fundido de abajo.
Para lograr acero líquido dentro del horno se necesita una fuente intensa de calor que interactúe con el contenido del horno y pueda fundir el metal. Se distinguen dos tipos generales:
1.- Los que usan combustible (hornos Martin).2.- Los que usan electricidad (de arco eléctrico y de inducción)
Clasificación de los aceros por %C;
En la siguiente tabla os dejo como es la clasificacion de los aceros según su % en Carbono
Estructuras cristalográficas del acero
La cristalografía es la ciencia que se dedica al estudio y resolución de estructuras cristalinas. La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y la geometría de estos cristales.
¿Qué son los constituyentes de los aceros?
SORBITA Es también un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crítica de temple o por transformación isotérmica de la austenita en la zona de 600ºC a 650ºC , o por revenido a la temperatura de 600ºC .
Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la tracción es de 88 a 140 kg/mm2, con un alargamiento del 10 al 20%.
BAINITA Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250ºC a 500°C . La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc.
Se diferencian dos tipos de estructuras:
- la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500ºC-
- la bainita inferior, formada a 250ºC-
PERLITA Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita.
Compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8%C.
Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C .
Su nombre se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas.
MARTENSITA Es el constituyente de los aceros templados; está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas.
El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0.7%C. La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la tracción de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5% al 2.5%.
AUSTENITA Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma.
La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8% al 2% C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130°C . No es estable a la temperatura ambiente.
La austenita cristaliza en la red FCC, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética.
FERRITA Es una solución sólida de carbono en hierro alfa. Su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por lo que se considera hierro puro. La máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0.02% a 723°C.
La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red BCC, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%.
La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita.
CEMENTITA
Es carburo de hierro Fe3C y contiene 6.67% C. Es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red ortorrómbica.
¿Relación de los constituyentes con los granos de los aceros?
¿Relación de los constituyentes con los cristales de los aceros?
Distintos constituyentes que se forman en los aceros atendiendo a su %C y enfriamento lento;
Recocido Total: Calentamiento del acero a temperatura adecuada y luego dejarlo enfriar lentamente en el horno o en algún sitio aislante del calor. Formando el acero hipoeutectoide (o,2% de carbono)
Recocido: Se lleva a cabo a temperaturas por debajo de la linea crítica.
Recocido de proceso: Parecido al anterior también se calienta por debajo de la línea crítica , se suaviza el acero después del enfriamiento con la cristalización.
Esferoidización: Temperatura ligeramente por debajo de la linea crítica, se usa para mínima dureza y máxima ductilidad.
Normalizado: Calentando sobre los 20º por encima de la línea crítica con un enfriamiento con el aire hasta temperatura ambiente consiguiendo unos aceros mas duros y mas fuerte que con el recocido total
Templado: Este proceso consta de calentar el acero hasta que alcance la tempº austenita crítica seguido de un enfriamiento rápido con el fin de conseguir una buena dureza
Relación entre tamaño y forma de grano y las características físicas de los acero.
El tamaño de grano se expresa, según norma ASTM, mediante el número G obtenido de la expresión:
Número de granos / pulg2 a 100X = 2G-1
Donde G es el número de tamaño de grano de uno a ocho; este método se aplica a metales que han re-cristalizado completamente.
Según el mismo criterio, se considera:
· grano grueso cuando G < 5 (diámetro de grano 62 micras)
· grano fino cuando G > 7 (diámetro de grano 32 micras)
Tratamientos térmicos en los aceros. Influencia en las propiedades mecánicas y por tanto en los constituyentes;
El tratamiento termico consiste en una combinación de operaciones de calentamiento, y enfriamiento, con tiempos determinados, aplicados a un metal o aleación en el estado solido, en una forma tal que producira las propiedades deseadas , por lo que el calentamiento , con el unico fin de favorecer una deformación.
-RECOCIDO:
Se pueden distinguir dos tipos , de primer grado o subcritico , que es el calentamiento de un metal dentro de una misma fase , sin cambio de la misma , y un posterior enfriamiento a una velocidad lenta, con esto se consigue llevar al metal al estado estable , eliminando tensiones residuales y dislocaciones de la red produciendo una recristalizacion y el de segundo genero en el que se produce un cambio de fase. El objetivo del recocido es ablandar el acero y regenerar su estructura , es la primera operación a realizar en un tratamiento termico ya que subsana defectos de los procesos de fabricación del acero, como la colada, la forja ,etc. y prepara el metal para las operaciones mecanicas siguientes como el mecanizado ,extrusionado ,etc.
-TEMPLE:
El temple es un tratamiento térmico que consiste en enfriar muy rápidamente , la mezcla austenitica homogénea , que tenemos después de calentar el acero ,
Con este enfriamiento rápido se consigue un aumento de dureza , ya que el resultado microscópico final es una mezcla martensítica . La temperatura de temple para los aceros hipoeutectoides son de 30-50 grados, por encima de esta temperatura , el grano de austenita crece mucho, obteniéndose austenita basta de baja tenacidad .
REVENIDO
Después del temple , los aceros suelen quedar demasiado duros y frágiles para los usos a los que están destinados . Esto se corrige con el proceso del revenido , este proceso consiste en calentar el acero a una temperatura mas baja que su temperatura critica inferior, enfrindolo luego al aire , en aceite o en agua , con esto no se eliminan los efectos del temple , solo se modifican , se consigue disminuir la dureza , resistencia , y las tensiones internas , y se aumenta la tenacidad .
NORMALIZADO
El normalizado se lleva a cabo al calentar a unos 35º por encima de la Temperatura critica superior, se mantiene un tiempo , y luego se enfría en aire estático hasta la Temperatura ambiente , con esto se consigue un acero mas duro y resistente que el que se obtiene con un enfriamiento mas lento , en un horno después de un recocido . Este tratamiento se utiliza tanto para piezas fundidas, forjadas o mecanizadas , y sirve para afinar la estructura y eliminar las tensiones que suelen aparecer en la solidificación , forja etc.
Diagramas de enfriamiento (curvas de s);
Esto ha sido todo amigos, espero que os haya gustado😆😆
