Materiales Ferrosos utilizados en los buques

Presentado por:Luis A. Guerra S

Arturo Arosemena

Introducción

Contenido• Características Principales.¿Qué son los materiales ferrosos?, ¿Cómo se producen?, ¿Cuáles son sus principales propiedades mecánicas?

• Propiedades del acero según su estructuraDiagrama hierro-carburo de hierro, ¿Cómo se clasifica el acero?, ¿Qué efecto tiene sobre el acero la adhesión de pequeñas cantidades de otros elementos?

• Otros tipos de aceros¿Qué es acero inoxidable?, ¿Cómo se clasifica el hierro fundido?

• Tipos de acero en un embarcación.

Características Principales

¿Qué son los materiales Ferrosos?

Aceros al bajo carbono.

Aleaciones.Acero para

herramientas.Aceros inoxidables.

Hierro fundido.

Aquellos materiales que

se basan en aleaciones de

hierro y carbono

¿Cómo se produce?

Acero primario. Mineral de hierro de 50 a 70% de Óxido de hierro

Se calienta en un horno en presencia de coque (Carbono) y Oxigeno

El coque reduce el Óxido de hierro a Hierro fundido crudo conocido como arrabio

La escoria que se forma contiene Sílice Dióxido de Silicio y óxido de calcio además de otras impurezas de menor porcentaje

Al arrabio se le sopla oxígeno para eliminar excedente de carbono y producir Acero líquido

Otra forma…

Reciclando chatarra

Se introduce en un horno eléctrico

de arco

Luego se funde y se dispone de

diferentes formas para su uso

posterior

¿Cuáles son sus principales propiedades Mecánicas?

Para poder comprender las propiedades mecánica del acero hay que entender:• Solubilidad sólida ilimitada.• Diagrama de fases. • Diagrama de hierro-carburo de hierro.

Propiedades del Acero segúnsu estructura.

Reglas de Hume-Rothery

• Para tener solubilidad sólida ilimitada se deben satisfacer 4 condiciones:

• Los átomos deben ser de tamaño similar. No más del 15% de diferencia en su radio atómico.Factor de Tamaño

• Las estructuras cristalinas deberán ser las mismas.• Puede crearse otra fase en cualquier lugar de no ser así.Estructura Cristalina

• Deberán tener las mismas valencias, sino se harán compuestos y no soluciones.Valencia

• La electronegatividad deben ser casi iguales si no se formarán compuesto y no soluciones.Electronegatividad

Diagrama de Fases

Clasificación del acero según porcentaje de carbono.– Aceros hipoeutectoides: van del 0% a .77% de

carbono.– Aceros hipereutectoides: aceros que tienen de

0.77 a 2.11 % de Carbono.– Aceros hipoeutéctica: aceros que tienen 2.11 a %

4.3% de Carbono.– Aceros hipereutéctica: aceros que tienen 4.3% a

6.67% de Carbono.

• Descripción estructuras:

Cementita• Máx. 6.67% de C. Es bastante duro,

frágil, alta compresión.

Austenita• Máx 2% de C. Frágil. No es establea T

amb. Hierro gamma

Ledeburita• Mezcla eutéctica de austenita y

cementita

Ferrita • Máx 0.025% de C. Poca dureza.

Hierro alfa. Dúctil y magnética.

Perlita• A .8% de C. Enfriamiento lento.

Mezcla laminar de ferrita y cementita

• Efectos de pequeñas cantidades de otros elementos.

AzufreMenos de 0.05% para acero comercial. De

0.08 a .35% Acero de maquinado libre

Mejora la maquinabilidad

ManganesoEn aceros

comerciales de 0.03% a 1%

Evita que el acero con azufre se

agriete a altas temperaturas

Fósforo Menos de 0.04%

Aumenta ligeramente de la

dureza y la resistencia

Silicio De 0.05% a 0.3%

Aumenta la resistencia sin

disminuir grandemente la

ductilidad

Los tratamientos térmicos son parte fundamental de la formación del grano, osea la estructura atómica.

En todos los tratamientos térmicos del acero se da transformación o descomposición de la austenita. Por ejemplo: el recocido total (consiste en calentar el acero a la temperatura adecuada y luego enfriar lentamente a lo largo del intervalo de transformación, en un horno o en cualquier material aislante de calor, refinando el grano y proporcionando suavidad al acero)

Otros tipos de materiales Ferrosos

• Fundición gris: Contiene muchos agrupamientos o celdas eutécticas de grafito en hojuelas interconectadas. El punto donde se conectan estas hojuelas es el núcleo original de grafito. Este tipo de fundición se forma al darse la reacción eutéctica estable a 2075°F. Las fundiciones grises se especifican mediante un número de clasificación que va del 20 al 80; una fundición gris 20 tiene en promedio una resistencia a la tensión nominal de 20 000 psi.

• Fundición blanca: Se forma al darse la reacción eutéctica metaestable a 2065°F. A esta fundición se le agregan elementos como el cromo, el níquel, y el molibdeno para que la misma sea dura y resistente al desgaste por abrasión.

• Fundición maleable: La fundición maleable se produce al tratar térmicamente la fundición blanca no aleada de 2.5%C, 1.5% Si. En términos generales la fundición maleable tiene buena resistencia y ductilidad.

• Fundición dúctil o nodular:El hierro fundido dúctil se produce tratando con magnesio un hierro bruto líquido con un porcentaje de carbono relativamente alto. En comparación con el hierro gris, el hierro fundido dúctil tiene excelente resistencia mecánica, ductilidad y tenacidad. En comparación a los hierros maleables, la fundición dúctil tiene una mayor resistencia mecánica y ductilidad, sin embargo presenta una menor tenacidad dado el mayor contenido de silicio en la fundición.

• Hierro de grafito compacto: El tratamiento para la fundición de grafito compacto es similar a la de la fundición dúctil. El grafito compacto permite resistencias mecánicas y ductilidades que exceden a las de la fundición gris, permitiendo que el metal conserva una buena conductividad térmica y propiedades de absorción de la vibración.

Dibujos esquemáticos de los cinco tipos de fundiciones: (a) fundición gris, (b) hierro blanco, (c) fundición maleable, (d) fundición dúctil, y (e) fundición de grafito compacto.

Tipos de Aceros en una embarcación

• Regla de la IACS para materiales ferrosos.

Según las reglas de la IACS en el libro “Requirements Concerning Materials and Welding”.– Sección W7:

Algunos ejemplos de aceros forjados incluyen: rudder stocks, pintles, y propeller shaft. La tabla 1 y la tabla 2 de la sección W7, muestran la composición química de los aceros forjados usados tanto en el casco como en la maquinaria. La tabla 3 y 4 de esta misma sección, lista las propiedades mecánicas de dichos aceros forjados. En la sección W7.5 de igual forma, se hacen algunas observaciones con respecto a los tratamientos térmicos requeridos por estos aceros forjados.

– Sección W8: Muestra las propiedades del acero fundido. Algunos ejemplos son

– Sección W9:Fundiciones de hierro gris. Esfuerzo de Tensión mínimo o cedencia de 200N/mm^2.

– Sección W11:La sección W11 es la más importante en lo que respecta metales ferrosos. Aquí se considera el acero estructural de alta resistencia empleado para la construcción de las placas y de las diferentes secciones del casco.Las tablas presentan diferentes tipos de información.

– Sección W27: Características de las propelas hechas de fundiciones de acero.

Regla unificad

a S

Regla concernie

nte a la resistenci

a de la estructur

a del buque

Regla S6. Grado de

Aceros para

diferentes miembros estructural

es del buque.

Bibliografía

• Ortúzar Maturana, Raúl; Materiales para la Construcción de Buques.

• Askeland, Donald; Ciencia e Ingeniería de los Materias; 3ra Edición.

• Avner, Sydney; Introducción a la Metalurgia Física; 2da Edición.• International Association Of Classification Societies LTD;

Unified Requirement S: Requirements Concerning Strength of Ships.

• International Association Of Classification Societies LTD; Unified Requirement W: Requirements Concerning Materials and Welding.