Post on 08-Jul-2015
PROCESOS DE MANUFACTURA
TEMA 3: METALES Y ALEACIONES FERROSAS
Prof. MSc. Ing. Argel Porrello
Puntos a tratar:
•TEMA 3 (Segunda parte) Metales y aleaciones ferrosas
Diagrama de fases Carburo de hierro – hierro (Fe3C – Fe)Fases sólidas en el diagrama de fases Fe – Fe3CReacciones invariantes en el diagrama Fe – Fe3C
Principales aleaciones ferrosasObtención del hierro y del aceroTipos de AcerosAceros al carbonoAceros aleadosAceros InoxidablesAplicaciones de los AcerosDesignación de los aceros
Puntos a tratar:
•TEMA 3 (Segunda parte) Metales y aleaciones ferrosas
FundicionesFundiciones BlancasFundiciones grisesFundiciones nodularesFundiciones maleablesAplicaciones de las fundiciones en ingeniería
•TEMA 3 (Segunda parte) Metales y aleaciones ferrosas
Diagrama de fases Carburo de hierro – hierro (Fe3C – Fe)
Diagrama de fases Carburo de hierro – hierro (Fe3C – Fe)
Fases presentes:
•Ferrita δ
•Austenita γ
•Ferrita α
•Carburo de hierro Fe3C (cementita)
Diagrama de fases Carburo de hierro – hierro (Fe3C – Fe)
Reacciones invariantes:
Peritéctica:
Eutéctica:
Eutectoide:
γ
Líquido 0,53% C + δ (0,09 %C)1495°C γ(0,17 %C)
Líquido 4,3% C 1148°C γ(2,08 %C) +Fe3C (6,67 %C)
Γ 0,8% C 723°C FERRITA Α(0,02 %C) +FE3C (6,67 %C)
Obtención del hierro y del acero
El principal mineral de hierro es la hematites (Fe2O3). Otros minerales
importantes son la goethita (Fe3+O(OH)), la magnetita (Fe3O4), la siderita
(FeCO3) y el hierro de pantano. La pirita (FeS2) no se utiliza como mineral de
hierro debido a la dificultad que existe para eliminar el azufre
El óxido se reduce para obtener hierro puro.
Fe2O3 + 3CO 3CO2 + 2Fe
Obtención del hierro y del acero a partir de arrabio
Arrabio
Aire caliente
Tolvas
Estufa
horno
Gas de alto
y caliza
M ineral d e hierro
Esco ria
Toberas
Carga
Coque
El arrabio contieneun 92% de Fe, 3 a 4% de carbono, de 0,5 a 3% de silicio, de 0,25 a
2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre
Obtención de acero a partid de arrabio
Proceso básico de oxígeno
FeO + C FE + CO
El oxígeno reacciona con el hierro
para formar óxido de hierro, el cual
reacciona con el carbono según la
siguiente reacción
Obtención de acero Por reducción directa
El proceso se lleva a cabo en estado sólido y la reducción del óxido de hierro
se hace mediante la acción de los gases reductores hidrógeno (H2) y monóxido
de carbono (CO) que se obtienen a partir de gas natural (CH4) y vapor de agua
(H2O).
G ases de escape
G as N atural
M ineral de
H ierro esponja
hierro
G ases reductores
CH4 + H2O CO + 3H2
CH4 + CO2 2CO + 2H2O
Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
El resultado es la obtención de un material llamado hierro esponja que contiene
un 90 % de hierro, y el desprendimiento de H2O y CO2 como gases de escape
Designación de los aceros según AISI – SAE
AISI: American Iron and Steel Institute
SAE: Society of Automotive Engineers
XXXX
Los aceros al carbono son 10XX
Contenido de Carbono en centésimas de porcentaje
Aleante o grupo de aleantes
Designación de los aceros según AISI – SAEAcero Aleante o Grupo de aleantes
13XX Manganeso 1,75
40XX Molibdeno 0,20 ó 0,25 y azufre 0,042
41XX Cromo 0,50; 0,80 ó 0,95; molibdeno 0,12; 0,20 ó 0,30
43XX Níquel 1,83; Cromo 0,50 ó 0,80; Molibdeno 0,25
44XX Molibdeno 0,53
46XX Níquel 0,85 ó 1,83; Molibdeno 0,20 ó 0,25
47XX Níquel 1,05; Cromo 0,45; Molibdeno 0,20 ó 0,35
48XX Níquel 3,50; Molibdeno 0,25
50XX Cromo 0,40
51XX Cromo 0,80; 0,88; 0,93; 0,95 ó 1,00
51XXX Cromo 1,03
52XXX Cromo 1,45
61XX Cromo 0,60 ó 0,95; Vanadio 0,13 ó 0,15
86XX Níquel 0,55; Cromo 0,50; Molibdeno 0,20
87XX Níquel 0,55; Cromo 0,50; Molibdeno 0,25
88XX Níquel 0,55; Cromo 0,50; Molibdeno 0,35
92XX Silicio 2,00; ó Silicio 1,4 y cromo 0,70
50BXX* Cromo 0,28 ó 0,50
51BXX* Cromo 0,80
81BXX* Níquel 0,30; Cromo 0,45; Molibdeno 0,12
94BXX* Níquel 0,45; Cromo 0,40; Molibdeno 0,12
Aceros al Carbono
Los aceros al carbono son aleaciones compuestas principalmente por hierro y
carbono con porcentajes de carbono entre 0,005 y 2 %. De acuerdo al contenido de
carbono, podemos tener tres tipos de aceros al carbono.
Aceros eutectoides: %C = 0,8
Aceros hipoeutectoides: 0,005 < %C < 0,8
Aceros hipereutectoides. 0,8 < %C < 2
Microestructura de aceros al carbono eutectoides enfriados lentamente
Microestructura de aceros al carbono hipoeutectoides enfriados lentamente
Microestructura de aceros al carbono hipereutectoides enfriados lentamente
Microestructura de aceros al carbono hipereutectoides enfriados lentamente
Microestructura de aceros al carbono
Eutectoide
Hipoeutectoide
Hipereutectoide
Fundiciones
Las fundiciones son aleaciones ferrosas con porcentajes de carbono entre 2 y
6,67%.
Fundiciones Blancas: En estas fundiciones, todo el carbono está combinado
formando, principalmente, carburo de hierro. De acuerdo a su contenido de
carbono se pueden calcificar en tres grupos:
F.B. Eutécticas: %C = 4,3
F.B. hipoeutécticas: 2 < %C < 4,3
Aceros hipereutécticas. 4,3 < %C < 6,67
Microestructura de una fundición blanca eutéctica
PerlitaCementita
Microestructura de una fundición blanca hipoeutéctica
Microestructura de una fundición blanca hipereutéctica
Fundiciones con carbono no combinado.
Son aleaciones ferrosas con contenido de carbono entre 2% y 6,67% a las
cuales se les agrega otro elemento de aleación o se le practica un tratamiento
térmico para que parte del total de carbono precipite como grafito y no se combine
con el hierro.
Existen tres tipos, de acuerdo a la forma en la cual se deposita el grafito.
•Fundiciones grises
•Fundiciones dúctiles o nodulares
•Fundiciones maleables
Lo que queda alrededor del grafito se le llama matriz y dependiendo de la cantidad
de carbono combinado puede ser. Perlítica, ferrítica o ferrítica-perlítica
Fundición gris: Se agrega hasta 3% de Si, con lo cual el carbono precipita en
forma de láminas de grafito.
Fundición Nodular: Se agrega hasta 0,01% de Mg o Ce, con lo cual el carbono
precipita en forma de nódulos regulares.
Fundición maleable: Se practica un tratamiento térmico de recocido a una
fundición blanca con lo cual se logra que el carbono precipite en forma de nódulos
irregulares.