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Laboratorio de aceración Práctica N° 2 Descarburación

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Enviado por   •  9 de Octubre de 2018  •  Apuntes  •  3.903 Palabras (16 Páginas)  •  6 Visitas

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Departamento De Ingeniería Metalúrgica y Nuevos Materiales

Laboratorio de aceración

Práctica N° 2

Descarburación

Breves consideraciones teóricas

Los aceros son aleaciones de hierro con carbono y otros componentes, los cuales otorgan ciertas propiedades a estos. La composición de C en los aceros se encuentra en el rango de 0.05 hasta 1.7; con contenidos altos de C se mejora notablemente la dureza y la resistencia (máximo esfuerzo) pero decrecen su tenacidad y su límite elástico.

Variaciones en las propiedades de los aceros respecto al contenido de carbono

Contenido de C en el acero

Denominación

Propiedades principales y aplicación

0.05 – 0.10

Acero muy suave

Muy dúctil, soldable al fuego; adecuado para cementación.

0.2

Acero suave

Propiedades parecidas al anterior. Comúnmente utilizado para piezas de máquinas y de construcciones de baja resistencia.

0.3 – 0.5

Dureza media

Dúctil, soldable eléctricamente y al fuego, templable al agua. Utilizado para piezas de maquinaria que requieren mayor resistencia.

0.6 – 0.8

Acero duro

Menos dúctil y soldable; buena templabilidad en agua y en aceite. Se utiliza en piezas sometidas a mayores esfuerzos como resortes y herramientas simples.

0.9 – 1.0

Acero para herramienta

Muy buena templabilidad. Se utiliza en herramientas que requieren cierta tenacidad.

1.1 – 1.7

Acero duro para herramienta

Muy buena templabilidad. Utilizado para herramientas que requieren elevada dureza y estabilidad de filo sin considerar su fragilidad.

Oxidación del Carbono (Descarburación).

La particularidad de la oxidación del Carbono reside en que el producto de esta reacción es el CO, el cual al desprenderse del baño metálico en forma de burbujas, crea una impresión de líquido en ebullición. Puesto que la oxidación del Carbono tiene lugar en todo el transcurso de la fusión y ejerce una considerable influencia en la eliminación de una serie de impurezas del metal, ésta se considera como la reacción principal en la producción de acero.

La reacción de oxidación del Carbono disuelto en el metal, es posible anotarla de la siguiente forma:

        [pic 1][pic 2]

Siendo  y  las actividades del Carbono y Oxígeno en el metal[pic 3][pic 4]

La oxidación del Carbono disuelto en el metal hasta CO2 sólo es posible cuando las concentraciones de Carbono son bajas. Incluso en condiciones favorables esta reacción tiene un desarrollo limitado.

La oxidación del Carbono va acompañada de un insignificante efecto térmico. Es posible considerar que las concentraciones de equilibrio de Carbono y Oxígeno casi no dependen de la variación de la temperatura.

Se considera que para las concentraciones del Carbono en el metal <1% y Oxígeno <0.1% sus actividades son aproximadamente iguales a las concentraciones. En este caso, la ecuación para la constante de equilibrio adopta la forma:

[pic 5]

Y para una presión de 0.1 M Pa (0.98686 atm ≈ 1 atm) es posible escribir:

[pic 6]

Donde .[pic 7]

Con los experimentos de Vacher y Hamilton, se determinó que a 1580 - 1620 °C y , el producto de  tiene un valor de 0.0025 – 0.0026. En la figura 1 se muestra la dependencia entre las concentraciones de equilibrio  y . De los datos de la figura 1 resulta que de la concentración del Carbono depende la de Oxígeno en el metal. El contenido real de Oxígeno en el metal líquido a medida de su descarburación siempre es mayor que el de equilibrio.[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

La ebullición del baño se determina no solo por la posibilidad termodinámica del transcurso de la reacción química de oxidación del Carbono, sino también por las condiciones cinéticas.

La existencia de moléculas de gas CO sólo es posible en la fase gaseosa. El proceso mismo de oxidación del Carbono se compone de las etapas de acercamiento del oxígeno al lugar de la reacción, la interacción química entre las partículas de carbono y oxígeno y la evacuación de las burbujas creadas de CO de la zona de reacción.

Puesto que la reacción [C] + [O] → CO es posible sólo en el límite con la fase gaseosa, como condición para el transcurso del proceso sirve la existencia o creación de la fase gaseosa en el baño del metal fundido. Ésta puede formarse de burbujas de gas, gases en los poros de la solera o poros en los materiales utilizados en la tecnología de la fusión. Para que la burbuja de CO pueda formarse en el metal, ésta debe superar la presión atmosférica, la presión de las columnas de metal y de escoria sobre ella y la presión capilar (vencimiento de las fuerzas de la tensión superficial)

[pic 12]

Donde  es la presión en el espacio útil del horno (Pa),  es la presión ferrostática del metal e hidrostática la escoria (Pa),  es la tensión superficial del metal (mJ m 2) (para el acero líquido el valor oscila de 1300 a 1600 (mJ/m2); r, el radio de la burbuja formada, mm[pic 13][pic 14][pic 15]

[pic 16]

Fig. 1 Relación entre la concentración del Carbono y las concentraciones de Oxígeno en el metal que se encuentra en equilibrio con el carbono

1 equilibrio a 1600 °C; 2 fusión en horno eléctrico; 3 fusión en horno siemens-Martin

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