metales ferrosos

INGENIERÍA DE MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

MATERIALES FERROSOS

a.- DEFINICIÓN DE LOS METALES

La ciencia de materiales define un metal como un material el cual contiene un enlace metálico, que genera como resultado características como buenos conductores del calor y la electricidad, poseer alta densidad, y ser sólidos a temperaturas ambiente (excepto (excepto el mercurio mercurio y el galio)

I.- INTRODUCCIÓN

b.- VENTAJAS DE LOS METALES

Poseen buenas propiedades mecánicas. Son abundantes. Son reciclables y reutilizables. Cada metal tiene unas propiedades especiales para su utilización en ingeniería. Poseen buenas propiedades eléctricas y magnéticas. Se pueden endurecer o ablandar mediante técnicas de fabricación aún después de los acabados. Casi todos los procesos de fabricación son aplicables a los metales.

II.- MARCO TEORICO

a.- METALES FERROSOS

Los metales Ferrosos o Férricos son aquellos cuyo elemento base son el hierro. Son los más empleados en la actualidad.Técnicas de extracción del mineral como los procesos de obtención del metal son relativamente económicos. Hierro es más abundante en la naturaleza (forma parte del núcleo de la corteza terrestre).

II.- MARCO TEORICO

b.- Obtención del HierroA pesar de la abundancia de mineral de hierro en la naturaleza sólo se aprovechan dos tipos en la industria: los óxidos y los carbonatos.

II.- MARCO TEORICO

b.- Características del Hierro Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferro magnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.El hierro puro (pureza a partir de 99,5 %) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material.

II.- MARCO TEORICO

c.- Efectos del Hierro sobre la salud El Hierro puede ser encontrado en carne, productos integrales, patatas y vegetales. El cuerpo humano absorbe Hierro de animales más rápido que el Hierro de las plantas. El Hierro es una parte esencial de la hemoglobina:.Puede provocar conjuntivitis, coriorretinitis, y retinitis si contacta con los tejidos y permanece en ellos. La inhalación crónica de concentraciones excesivas de vapores o polvos de óxido de hierro puede resultar en el desarrollo de una neumoconiosis benigna, llamada sideriosis, que es observable como un cambio en los rayos X. La inhalación de concentraciones excesivas de óxido de hierro puede incrementar el riesgo de desarrollar cáncer de pulmón en trabajadores expuestos a carcinógenos pulmonares

La siderosis es el depósito de hierro en los tejidos.

III.- CLASIFICACIÓN Y APLICACIONESCLASIFICACION METALES FERROSOS

III.- CLASIFICACIÓN Y APLICACIONESa.- ACEROS

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación. Existe una gran cantidad de aleaciones con diferentes composiciones químicas y tratamientos térmicos, lo cual hace que existan aleaciones con un rango de propiedades mecánicas muy amplio. Las propiedades mecánicas de los aceros son sensibles al porcentaje de carbono, el cual normalmente es menor al 1%.

ACEROS DE BAJO CARBONO ACEROS DE MEDIO CARBONOACEROS DE ALTO CARBONO

III.- CLASIFICACIÓN Y APLICACIONES

a- ACEROS DE BAJA ALEACION

a.1.- ACEROS DE BAJO CARBONO

Son los que se producen comercialmente en mayor cantidad. Generalmente contienen menos de 0.25% de carbono. No responden a tratamientos térmicos que forman martensita Su incremento en la resistencia puede lograrse por medio de trabajo en frío. Su microestructura consiste de ferrita y perlita. Son aleaciones relativamente suaves y débiles pero con una ductilidad y tenacidad sobresalientes. Son maquinables y soldables. Son las de menor costo de producción. No apto para transmisión de potencia.

III.- CLASIFICACIÓN Y APLICACIONESa1.- ACEROS DE BAJO CARBONO -

APLICACIONESSus aplicaciones típicas son: componentes de automóviles, perfiles estructurales, láminas, tuberías. gabinetes de PC. Carcasa de electrodomésticos


a1.1.- Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA).

Es un subgrupo de los aceros al carbono. Poseen bajo carbono. Contienen elementos de aleación como cobre, vanadio, níquel y molibdeno en concentraciones combinadas de 10% o menos. Poseen mayor resistencia que los aceros al carbono. Muchos de ellos pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Además son dúctiles, formables y maquinables. En condiciones normales, los aceros HSLA son más resistentes a la corrosión que los aceros al carbono.


a1.1.- Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA).

APLICACIONES

adecuados para la fabricación de componentes estructurales que no requieran conformados muy severos (perfilado, plegado o embutición ligera): estructuras y refuerzos para la industria del automóvil, sistemas de almacenaje industrial, mobiliario, construcción mecánica,


a2.- Aceros de medio carbono. Tienen concentraciones de carbono entre 0.25 y 0.60 %Pueden ser tratados térmicamente por austenizado, templado y revenido. Normalmente se utilizan en la condición revenida. Los aceros no aleados (al carbono) tienen baja capacidad de endurecimiento y sólo pueden tratarse térmicamente en secciones delgadas y con elevada rapidez de enfriamiento.. Al añadir cromo, níquel y molibdeno se mejora la capacidad de estas aleaciones de ser tratadas térmicamente. Estas aleaciones tienen mayor resistencia que los aceros de bajo carbono pero sacrificando ductilidad y tenacidad. Se utilizan en aplicaciones que requieren la combinación de elevada resistencia, resistencia al desgaste y tenacidad.


a2.- Aceros de medio carbono. APLICACIONES


a3.- Aceros de alto carbono. Su contenido de carbono varía entre 0.6 y 1.4%Son los aceros más duros, más resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono. Casi siempre se utilizan revenidos, por ello tienen una resistencia al desgaste especial y son capaces de mantener un filo cortante. Los aceros para herramienta (tool steels) caen dentro de la categoría de aceros de alto carbono. Contienen cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. Esos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste (Cr23C6, V4C3, WC). }Se utilizan para fabricar herramientas de corte.


a3.- Aceros de alto carbono. APLICACIONES


b.- Aceros de alta aleaciónb.1.- Aceros inoxidables•.Poseen una resistencia elevada a la corrosión en una variedad de entornos, especialmente el medio ambiente.• El elemento principal de aleación es el cromo (se requiere de al menos 11% de cromo en el acero). La resistencia a la corrosión puede mejorarse al añadir níquel y molibdeno• Se dividen en tres clases: martensítico, ferrítico y austenítico.• Los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos sólo pueden endurecerse por trabajo en frío. • Los aceros inoxidables austeníticos son los que tienen mayor resistencia a la corrosión debido a su contenido elevado de cromo. Se producen en grandes cantidades. • Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son magnéticos. •. Los aceros austeníticos son no-magnéticos.


b.- Aceros de alta aleaciónb.1.- Aceros inoxidables•.Los aceros inoxidables ferríticos son magnéticos, tienen una buena ductilidad y son resistentes a la corrosión y oxidación a temperaturas elevadas. El acero inoxidable tipo AISI 430 es el más representativo de este grupo• Aceros inoxidables austeníticos El acero inoxidable del tipo AISI 304 (19% Cr – 10% Ni) es el más representativo de este grupo de aleaciones. Posee una buena resistencia a la corrosión atmosférica y se lo emplea en forma significativa en la industria química, alimentaria y médica. • Los aceros inoxidables martensíticos, Todos los aceros inoxidables martensíticos pueden ser templados y revenidos y la dureza alcanzada dependerá del contenido de carbono de la aleación. el acero inoxidable más representativo es el tipo AISI 410 (12% Cr- 0,15% C – 1,0% Mn) que junto al acero AISI 431 puede ser empleado en la fabricación de pernos, ejes de bombas, válvulas, alabes de turbinas a gas y vapor. Aceros inoxidables martensíticos de alto contenido de carbono (>0,2% C) son empleados como acero para cuchillería (tipos AISI 420 y AISI 440


b.- Aceros de alta aleaciónb.1.- Aceros inoxidables


A.- Hierros fundidos o fundiciones Son aleaciones ferrosas con contenidos de carbono mayores al 2.1%.• La mayoría de fundiciones tienen entre 3 y 4.5% C. • Estas aleaciones pasan al estado líquido entre 1150º y 1300º C. Estas temperaturas son considerablemente más bajas que las de los aceros. Por esa razón se utilizan en procesos de fundición. • La mayoría de estas aleaciones son muy frágiles, siendo la técnica de fundición la mejor forma de fabricar geometrías con ella. • La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y bajo ciertas condiciones se descompone en ferrita y grafito.• La formación del grafito depende de la composición química, la rapidez de enfriamiento y la presencia de silicio en concentraciones mayores al 1%. • La mayoría de hierros fundidos posee grafito en su microestructura. • Las fundiciones se clasifican en gris, nodular, blanca y maleable.


A.1.- Hierro gris. Contiene entre 2.5 y 4% C y 1 a 3% de Si. Debido a las hojuelas de grafito, la superficie de fractura de estos materiales toma un color grisáceo, y de ahí su nombre. Mecánicamente, el hierro gris es más débil y frágil en tensión que en compresión. La resistencia y ductilidad son mucho mayores bajo cargas en compresión. Estas aleaciones son muy efectivas disipando energía de vibraciones. Por esta razón, las estructuras de base de maquinaria y equipo pesado se fabrican con este material. El hierro gris posee una elevada resistencia al desgaste. Además, en estado líquido poseen una fluidez elevada lo cual permite fabricar piezas con geometrías complejas. Además, la pérdida de volumen por solidificación es bajo. El hierro gris es la aleación más barata de todas las aleaciones metálicas.Su resistencia a la compresión es muy elevada (50 a 100 Kg./mm²) y su resistencia a la tracción(12 a 90 Kg./mm²)

III.- CLASIFICACIÓN Y APLICACIONESA.1.- Hierro gris.

AplicacionesEl hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.


A.2.- Hierro nodular o dúctil.

•Si al hierro gris se le añaden pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio, se produce en el material una microestructura y propiedades mecánicas muy diferentes a las del hierro gris. El grafito siempre se forma, pero no como hojuelas sino como nódulos o partículas esféricas.• La aleación que resulta se llama hierro nodular o dúctil. • La fase que rodea a los nódulos puede ser perlita o ferrita, dependiendo del tratamiento térmico. • Las piezas fundidas fabricadas con esta aleación son mucho más resistentes y dúctiles que las fabricadas con el hierro gris.

Se las utiliza para cigüeñales, levas, sistemas de freno, engranajes.


A.3.- Hierro blanco y hierro maleable. •Para hierros fundidos bajos en silicio (menos del 1%) y velocidades de enfriamiento elevadas, la mayoría del carbono en la aleación se forma como cementita en vez de grafito. La superficie de fractura de este material tiene un color blancuzco y de ahí su nombre fundición blanca.• Debido a la gran cantidad de cementita que poseen, las fundiciones blancas son extremadamente duras pero también muy frágiles, al grado que prácticamente son imposibles de maquinar.• Su uso se limita a aplicaciones que requieren una superficie muy dura y resistente al desgaste y sin un alto grado de ductilidad.• El hierro blanco se utiliza como material intermedio para la fabricación del hierro maleable.•Cuando se calienta el hierro blanco a temperaturas entre 800 y 900º C por un período de tiempo prolongado y en una atmósfera neutra (para evitar la oxidación), la cementita se descompone en grafito, el cual existe en la forma de clusters o rosetas rodeados por una matriz de ferrita o perlita. • La forma del grafito en el hierro maleable produce una elevada resistencia y ductilidad apreciable.

•GRACIAS

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