Metales Y Aleaciones

Índice

3.1 El hierro y sus aleaciones.

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3.2 Producción del hierro y el acero.

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3.3 Designación y clasificación de materiales.

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3.4 Metales y aleaciones no ferrosas.

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Subtema 3.1 El hierro y sus aleaciones

HIERRO

• El hierro es el 4to elemento más abundante en la corteza terrestre y entre los metales solo el aluminio es más abundante que esté.

• El núcleo de la tierra está formado principalmente por hierro 70% aproximadamente

• es un metal duro y resistente, pero también es quebradizo

• El hierro es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y magnético a temperatura ambiente.

• El hierro deja de ser magnético y pasa a ser paramagnético a la temperatura de 768 °C

• Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión y el más ligero que se produce en una fisión nuclear

Estas son las dos principales estructuras cristalinas del hierro.

ALEACIÓN

• Una aleación es una combinación, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.

• Las aleaciones ferrosas son básicamente aleaciones de hierro y carbón.

HIERRO ALFA

• Su solubilidad a temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver a 0,008% de C.

• Tiene aproximadamente una resistencia de 28 kg/ml, 35% de alargamiento y una dureza de 90 unidades de brinell.

• Es él más blando de todos los constituyentes del acero, muy dúctil y maleable.

• Es magnético y de pequeñas fuerzas coercitivas.

• Es blando y dúctil

HIERRO GAMMA

• Es estable a temperaturas que oscilan entre los 900 y 1400º C.

• Su resistencia es de 88 – 105 Kg/mlaprox.

• Su dureza es de 300 Brinell y su alargamiento de 30 a 60%.

• Es poco magnética, blanda, muy dúctil y tenaz.

• Tiene gran resistencia al desgaste, siendo el constituyente más denso de los aceros.

ACERO

• Resistencia al desgaste

• Tenacidad

• Maquinabilidad

• Dureza

• Soldabilidad

• Maleabilidad

Esta es la estructura cristalina del acero.

HIERROS FUNDIDOS

Fundición blanca

• Las fundiciones blancas no contienen grafito libre, en cambio todo el carbono se presenta combinado como Fe2C.

Sus características son:

• Excepcional dureza y resistencia a la abrasión

• Gran rigidez y fragilidad

• Pobre resistencia al choque

• Dificultad para lograr uniformidad de estructura metalográfica según el espesor

Sus propiedades mecánicas son las siguientes

• Dureza Brinell entre 375 y 600

• Resistencia a la tracción entre 130 y 500 MPa

• Resistencia a la compresión entre 1,4 y 1,7 GPa

Fundición gris

• Este tipo de hierro es el que mas se utiliza en la industria

Las principales características de las fundiciones grises son:

• Excelente colabilidad

• Buena resistencia al desgaste

• Excelente respuesta a los tratamientos térmicos de endurecimiento superficial

• Poca resistencia mecánica.

Las características mecánicas de una fundición gris son las siguientes:

• Dureza Brinell entre 156 y 302

• Resistencia a la tracción entre 150 y 430 MPa

• Resistencia a la compresión entre 570 y 1,3 GPa

FUNDICIÓN MALEABLE

Las piezas se cuelan en fundición blanca y subsecuentemente se les realiza un tratamiento térmico destinado a descomponer la cementita para producir la segregación de nódulos de grafito irregular. Se distinguen dos clases:

• Maleable de corazón blanco: Que consiste en un proceso de descarburación acentuado

• Maleable de corazón negro: donde se precipita grafito en forma de nódulos

FUNDICIÓN NODULAR

Estas fundiciones presentan características comparables a las de un acero:

• Excelente ductilidad y elongación

• Excelente resistencia a la tracción

• Buena colabilidad

Fundiciones Especiales

Las propiedades y estructura de las anteriores se modifican por el agregado de aleantes

Fundición gris austenítica:

• Para resistir altas temperaturas y atmósferas corrosivas.

Fundición gris o blanca martensítica:

• Para resistencia al desgaste a altas presiones de contacto y resistencia a la abrasión

CONCLUSIONES:

El hierro es un material muy útil en la industria, ya que gracias a sus aleaciones puede tener muchas formas de utilizarse, desde crear herramientas inoxidables hasta crear partes automotrices.

COMENTARIOS:

El hierro es el material más abundante en el planeta tierra, se encuentra en la corteza terrestre y en el núcleo del mismo, así mismo este material tiene muchas aleaciones entre las cuales se encuentra:

• Acero

• Hierro alfa

• Hierro Gamma

Subtema 3.2 Producción del hierro y el acero.

EL hierro se presenta combinado con otros elementos (oxígeno principalmente) en la corteza terrestre. Los minerales más importantes del hierro, son los óxidos. Además de los elementos oxígeno, carbono e hidrógeno, que se combinan químicamente con el hierro, el mineral contiene también una gran cantidad de materiales terrosos o “ganga”, que se encuentra simplemente mezclado con el mineral que contiene al hierro. Puesto que las cantidades de ganga varían, se considera que el contenido de hierro en los minerales varía también y, mientras que en algunas partes del mundo se obtiene minerales que contiene cerca del 70% de hierro.

Tipos de mineral de hierro

• Magnetita (Fe3O4), que contiene 72.4% de hierro cuando se encuentra pura pero generalmente es menor el contenido al extraerlo de la mina.

• Hematita (Fe2O3), que constituye la mayor parte de los minerales que hay en el mundo y que se presenta en varias formas –roja, marrón o negra- contiene del 40 al 65% de hierro.

• Limonita y otra tipos de mineral del hidróxido, y cuyas composiciones varían de 2Fe2O3H2O a Fe2O3 3H2O y que contiene del 20 al 55% de hierro.

• Siderita (FeCO3) y otros tipos de carbonatos minerales, generalmente de bajo contenido de hierro.

Regiones productoras más importantes del mundo:

• Los Depósitos del Lago superior de América, que están formados de hematita de alto grado y que contienen del 30 al 65% de hierro.

• Los grandes depósitos de la U.R.S.S., que consisten principalmente de hematita en Ucrania y magnetita en Siberia.

• Los depósitos sedimentarios de bajo grado o “pobres” de la Costa Oriental de Gran Bretaña, que son principalmente limonita y siderita y que contiene del 20 al 31% de hierro.

• Los depósitos de magnetita de alto grado en la “Tierra del sol de medianoche” de Suecia. En Kiruna, existe una montaña que consista principalmente de magnetita y que contiene del 60 al 68% de hierro.

• Los grandes depósitos existentes en la Cuenca del Amazonas del Brasil, que hasta ahora se han explotado poco. El mineral es principalmente hematita.

Tratamientos de los prebeneficio de los minerales

Los minerales tienen que pasar por tratamiento para aumentar la eficiencia de la fundición. El tratamiento consta de los siguientes procesos:

 Concentración, o sea la remoción de la mayor cantidad posible de desperdicio térreo o ganga, que de otra manera ocuparía espacio útil en el alto horno, reduciendo así el rendimiento.

 La calcinación se efectúa en un horno o Kiln y se aplica a aquellos minerales que contiene una gran cantidad de humedad o de bióxido de carbono. Ayuda a eliminar el azufre por oxidación.

 Para la intemperización el contenido de azufre debe ser alto, consta en amontonar el mineral extraído, a la intemperie, de manera que gran parte del azufre presente, pueda oxidarse y lavarse por la acción de la lluvia.

Operación de beneficios

Ya que se obtuvo el prebeneficio, el mineral se carga con coque y piedra caliza, al alto horno. El beneficio es una operación que presenta dos aspectos:

(a) La reducción del óxido de hierro por el coque al rojo blanco y el gas monóxido de carbono que se produce.

(b) La fusión de la ganga por medio de un fundente (caliza) para formar una escoria fusible, que fluya fuera del horno.

Alto horno

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total.

La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque.

Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye

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