Unidad I

Los metales ferrosos

METALES FERROSOS

Los metales ferrosos son aquellos que están principalmente compuestos de hierro.

El fierro es obtenido de los siguientes minerales:

Mineral Color Características Imagen

Magnetita Negro Propiedades magnéticas (Fe3O4)

Hematita Café rojizo Puede poseer 70% hierro (Fe2O3)

Limonita Café a amarillo 2Fe2O3.3H2O

Goetita Café Fe2O3.H2O

Siderita Azul Fe CO3

Taconita Parecido a pedernal Fe3O3

Horno de refinación Estos hornos pueden ser cualquiera al que por medio de aire u oxígeno se obtenga hierro con carbón controlado, sin embargo se pueden mencionar dos de los hornos más conocidos para este fin.  

Horno de inducción     Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de moto generador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.  

Horno de aire o crisol    Es el proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión. Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

Clasificación de los aceros    La RAE define el término aleación como: Producto homogéneo de propiedades metálicas, compuesto de dos o más elementos, uno de los cuales al menos debe ser un metal; y para la ingeniería, aquella que funde a temperatura relativamente baja e inferior a la de fusión de sus componentes.

Según los requerimientos solicitados en los aceros, se agregan diversos elementos para impartirles propiedades como:

• Templabilidad• Resistencia• Dureza• Tenacidad• Resistencia al desgaste• Capacidad de trabajarlos• Soldarlos

Cuanto mayor porcentaje de estos elementos contengan los aceros, mayores sus propiedades particulares.

Carbono:+ templabilidad, resistencia, dureza y resistencia al desgaste- ductilidad, soldabilidad, tenacidad

Azufre:+ maquibilidad con manganeso. - Resistencia al impacto y ductibilidad, daña la calidad de la superficie y la

soldabilidad

Boro: + templabilidad-maquinabilidad y formabilidad

Calcio: + Desoxida los aceros, tenacidad, formabilidad y maquinabilidad

Cerio: + Controla la forma de las inclusiones, tenacidad en los aceros de baja aleación de alta resistencia; desoxida los aceros

Cobalto:+ Mejora la resistencia y la dureza a temperaturas elevadas

Cobre:+ Mejora la resistencia a la corrosión atmosférica y en menor medida la resistencia - Pequeña pérdida de ductilidad, afecta el trabajo en caliente y la calidad de la

superficie.

Cromo:+ mejora tenacidad, templabilidad, resistencia al desgaste, corrosión y alta temperatura. Incrementa la profundidad de penetración de dureza resultante del tratamiento térmico, al promover la carburización.

Fosforo:+ Mejor resistencia, templabilidad, resistencia a la corrosión y maquinabilidad- Ductilidad y la tenacidad.

Magnesio:+ Tiene los mismos efectos del cerio

Manganeso:+ mejora la templabilidad, resistencia, resistencia a la abrasión y maquinabilidad, desoxida el acero fundido, reduce la fragilización en caliente.- Reduce la soldabilidad.

Molibdeno:+ mejor templabilidad, resistencia al desgaste, tenacidad, resistencia a la temperatura elevada, resistencia a la termofluencia y dureza; minimiza la fragilización por devenido.

Niobio:+ Refina el tamaño del grano y mejora la resistencia y tenacidad al impacto. Reduce la temperatura de transición.- Templabilidad

Níquel:+ resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión, mejor templabilidad.

Plomo:+ Maquinabilidad-Fragilización por metal líquido.

Selenio:+ maquinabilidad

Silicio:+ resistencia, dureza, resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica- Maquinabilidad y formabilidad en frío.

Tantalio:Similar al niobio.

Telurio:+ maquinabilidad, formabilidad y tenacidad

Titanio:+ templabilidad; desoxida los aceros

Tungsteno:+ tiene los mismos efectos que el cobalto

Vanadio:+ resistencia, tenacidad, resistencia a la abrasión y dureza a temperaturas elevadas

Zirconio:Mismos efectos que el cerio

Clas

ifica

ción

Método de obtención

Acero de horno Hogar abierto

Proceso convertidor de

aire (BOF)

Horno de arco eléctrico

Según su facilidad de

temple

Aceros de temple

Aceros que no templan

Según su contenido de

carbono

Acero dulce (0.10 a 0.35%)

Acero semiduro (0.36 a 0.5%)

Acero al carbono (0.71 a

1%)

Según su contenido de

carbono y aleación

Aceros duros (0.51 a 1.5%)

Aceros rápidos (mas del 1%)

Aceros aleados

Baja aleación (<8%)

Alta aleación (>8%)

Según su aplicación

Aceros para herramienta

Aceros para elementos de

maquinas

Aceros para la construcción

Con el fin de estandarizar la composición de los diferentes tipos de aceros que hay en el mercado la Society of Automotive Engineers (SAE) y el American Iron and Steel Institute (AISI) han establecido métodos para identificar los diferentes tipos de acero que se fabrican. Ambos sistemas son similares para la clasificación.

En ambos sistemas se utilizan cuatro o cinco dígitos para designar al tipo de acero. En el sistema AISI también se indica el proceso de producción con una letra antes del número.

Clasificación AISI-SAE

XXXXAleación principal Porcentaje de carbono

Porcentaje de la aleación principal

Primer dígito. Es un número con el que se indica el elemento predominante de aleación.

1= carbón, 2= níquel, 3=níquel cromo, 4=molibdeno, 5=cromo, 6=cromo vanadio, 8=triple aleación, níquel-cromo-molibdeno (molibdeno principal aleante) 9 silicio magnesio.

El segundo dígito. Es un número que indica el porcentaje aproximado en peso del elemento de aleación, señalado en el primer dígito. Por ejemplo un acero 2540, indica que tiene aleación de níquel y que esta es del 5%.

Los dígitos 3 y 4. Indican el contenido promedio de carbono en centésimas, así en el ejemplo anterior se tendría que un acero 2540 es un acero con 5% de níquel y0.4% de carbón.

Cuando en las clasificaciones se tiene una letra al principio esta indica el proceso que se utilizó para elaborar el acero, siendo los prefijo los siguientes: A = Acero básico de hogar abierto B = Acero ácido de Bessemer al carbono C= Acero básico de convertidos de oxígeno D = Acero ácido al carbono de hogar abierto E = Acero de horno eléctrico

A10XXXA= Proceso de fabricación 10 = Tipo de acero X = % de la aleación del tipo de acero X X= % de contenido de carbono en centésimas.

Aceros al carbono (0.8% a 1.7% de carbono)

Al carbono simple 10xxDe corte libre Aceros al Carbono 11xx Resulfurado y refosforizado 12XXNo-resulfurado, sobre 1.00 Mn máx 15XX

Aceros al níquel 0.50% níquel 20xx1.a 1.50% níquel 21xx3.5% níquel 23xx5.00% níquel 25xx

Aceros al Niquel-cromo1.25% níquel, 0.65% cromo 31xx1.75% níquel, 1.00 % cromo 32xx3.50%niquel, 1.57% cromo 33xx3.00% níquel, 0.80% cromo 34xx

Aceros al molibdenoAl cromo 41xxAl cromo-níquel 43xxAl níquel 46xx y 48xx

Clasificación numérica de los aceros aleados según AISI-SAE

Aceros al cromoCromo bajo 50xxCromo medio 51xxCromo alto 52xx

Aceros al cromo-vanadio 6xxxAceros al tugsteno 7xxxAceros con aleación triple 8xxxAceros al silicio-magnesio 9xxxAceros al plomo 11Lxx

Fuente: Neely, John Practical metallurgy and material industry 2nd edition Wiley NY 1984

Aceros para herramientasDiseñados para herramientas, matrices, moldes, partes de maquinaria y aplicaciones específicas. Todos requieren tratamientos térmicos como endurecimiento y revenido para prepararlos para su uso.

1. Aceros endurecidos al agua para herramientas W(water) –Aceros de alto carbono2. Aceros para herramientas resistentes al choque. S- Aceros de carbono medio, bajo

contenido de aleación3. Aceros para herramienta para labrado en frío O (oil) –Tipos de temple en aceite A (air)- Tipos de contenido medio de aleación y temple del aire D-Tipos de alto carbono y alto cromo

4. Aceros para herramientas para trabajo en caliente (hot)H-H10 a H19, tipos de base al cromoH20 a H39 , tipos de base tugstenoH40 a H59, tipos de base molibdeno

5. Aceros para herramienta para alta velocidadT-tipos de base de tugstenoM-tipo de base de molibdeno

6. Aceros para herramientas con fines especialesL-Tipos de bajo contenido de aleaciónF-Tipos de carbono y tugsteno

7. Aceros para moldesP-P1 a P19, tipos de bajo carbonoP20 a P39, otros tipos.

Otro tipo de denominaciones

ASTM (American Society for Testing and Materials): incorpora la numeración AISI-SAE e incluye especificaciones estandar para los productos de acero. Para los metales ferrosos, la denominación consiste en la letra «A» seguida de números arbitrarios (tres por lo general)

Actualmente también se utiliza el UNS (Sistema unificado de numeración) adoptado por la industria de metales ferrosos y no ferrosos. Consta de una letra que indica la clase general de la aleación, seguida de cinco dígitos que denominan su composición química. Las letras utilizadas son:

G: Aceros AISI y SAE al carbono y aleadosJ: Aceros fundidosK: Aceros diversos y aleaciones ferrosasS: Aceros inoxidables y superaleacionesT: aceros para herramientas

Ej. Acero AISI 4130 su denominación UNS es G41300

Bibliografía

Sharer, Shubeli Ulrich Ingeniería de los materiales México 1991 Editorial Continetal

Neely, John E. Materiales y procesos de manufactura México, Edit. Limusa 1992ISBN 968-18-4381

Propiedades de los metales http://www.arqhys.com/construccion/metales-propiedades.html visto el 28 de enero de 2011

Procesos de hierro http://ecologiaunal2008ii.blogspot.es/1224157140/ visto el 2 de febrero de 2011