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PROCESOS DE MANUFACTURA
Ing. Alfonso Ramírez Martínez
OBJETIVO GENERALEl estudiante analizará los procesos de manufactura con deformación plástica o procesos primarios de acuerdo a su importancia técnico-económica.
PROGRAMA
1. Producción de metales ferrosos y no ferrosos
2. Procesos de fundición
3. Tratamientos termoquímicos
4. Procesos de conformado
5. Metalurgia de polvos
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
2 exámenes parciales 40% (20% cada examen)
Trabajo de investigación y elaboración de reporte documental y de
video 30%.
30% participación en clase y presentación de temas
BIBLIOGRAFÍA
1. ASMTEAD, B. H. Procesos de Manufactura. Versión SI. Edit. CECSA.
México
2. DAVIS, J. R. Metals Handbook: Desk Edition. ASM International
Handbook Committee. Ohio,1999. 2th Edition.
3. DIETER, George Elwood. Mechanical Metallurgy. Edit. McGraw Hill.
USA, 1986. 3th Edition. (Clásico)
UNIDAD I.- PRODUCCIÓN DE METALES FERROSOS
La producción de Hierro y acero comprende el 95% de todo el tonelaje
de metal producido anualmente en Estados Unidos y mundial. En
promedio, son los metales más económicos del mundo. En algunas
aplicaciones tienen primacía el hierro y el acero mientras que en otras
áreas hay fuerte competencia entre otros metales y no metales. La
historia primitiva de la fabricación del hierro, un tanto dudosa (1,200
años AC)
PRODUCCIÓN DEL ARRABIO
La materia prima más importante para todos los productos ferrosos ,
es el arrabio, el producto del alto horno. El arrabio se obtiene
fundiendo el mineral de hierro con coque y piedra caliza; su análisis
final depende, ante todo, de la clase de mineral utilizado
PRODUCCIÓN DE ARRABIOGrado de Hierro
Silicio Azufre Fósforo Manganeso
Fundición No.1 2.5-3.0 Abajo de 0.035
0.05-1.0 Abajo de 1.0
Fundición No.2 2.0-2.5 Abajo de 0.045
0.05-1.0 Abajo de 1.0
Fundición No.3 1.5-2.0 Abajo de 0.055
0.05-1.0 Abajo de 1.0
Maleable 0.75-1.5 Abajo de 0.050
Abajo de 0.2
Abajo de 1.0
Bessemer 1.0-2.0 Abajo de 0.50
Abajo de 0.1
Abajo de 1.0
Básico Abajo de 1.0
Abajo de 0.50
Abajo de 0.1
Abajo de 1.0
ACTIVIDAD 1.- INVESTIGAR EL FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNOLOS TIPOS (CLASIFICACIÓN) DE HORNOS DE FUNDICIÓNFUNCIONAMIENTO DE HORNOSEXPONER POR EQUIPOS EL MATERIAL ENCONTRADOCONSULTAR LA SIGUIENTE DIRECCIÓN Y ELABORAR PRESENTACIÓN DE LA MISMA
http://www.ahmsa.com/proceso-de-fabricacion-del-acero
CLASIFICACIÓN DE LOS HORNOSTipo de Horno
Combustible Primario
Carga de metal Predominante
Atmósfera Especial Disponible
Producto
De aire o de reverbero
Carbón pulverizado, aceite
Arrabio, sólido o fundido, chatarra
Fundición gris, fundición blanca
Oxígeno Básico
Oxígeno Arrabio fundido y chatarra
Acero
Convertidor Bessemer
Aire Arrabio fundido o hierro cubilote fundido
Materia prima para hierro forjado y acero
Tipo de Horno
Combustible Primario
Carga de metal Predominante
Atmósfera Especial Disponible
Producto
Crisol Gas, coque, aceite
Chatarra escogida
Pequeñas cantidades de hierro fundido y acero
Cubilote Coque Arrabio Sólido y chatarra
Hierro gris, hierro nodular
Horno eléctrico
Electricidad Chatarra Vacío con gas inerte
Acero, hierro gris
CLASIFICACIÓN DE LOS HORNOS
CLASIFICACIÓN DE LOS HORNOSTipo de Horno
Combustible Primario
Carga de metal Predominante
Atmósfera Especial Disponible
Producto
De Inducción
Electricidad Chatarra escogida
Vacío con gas inerte
Acero
De hogar abierto
Gas natural, coque, gas de horno, carbón pulverizado, aceite
Arrabio fundido Acero
METALES FERROSOS
Hierro dulce
Es un metal ferroso que contiene menos de 0.1% de carbón, con 1 a
3% de escoria finamente dividida y distribuida uniformemente en
todas partes del metal. Se le ha producido durante muchas centurias,
por diferentes procedimientos:
Proceso Pudelado
Proceso Aston
En el proceso de Pudelado, se funde arrabio y chatarra en un
pequeño horno de reverbero de unos 230 kg de capacidad, llamado
horno de pudelado; calentado con carbón, aceite o gas
METALES FERROSOS
Este procedimiento fue mejorado con el empleo de hornos
mecánicos de pudelar, de mucha mayor capacidad, así como la
eliminación de la mano de obra al revolver y reunir el metal
grandes bolas, libre de impurezas, se retira el producto del horno
como una masa pastosa de hierro y escoria para darle forma al
hierro, en algunos de los perfiles comerciales
El proceso Aston, se funda arrabio en un cubilote y se refina en una
convertidor Bessemer. El metal soplado se vierte en un caldero
(conocido como perdigonera) contiendo una cantidad requerida de
escoria, preparada previamente en un pequeño horno de hogar
abierto. Puesto que la escoria está a menor temperatura, la masa
solidifica rápidamente, liberando los gases disueltos con fuerza
suficiente para hacer estallar el metal en pequeños trozos
METALES FERROSOS
El hierro dulce producido por este método por lo general tiene un
contenido de carbono menor que 0.03%, silicio alrededor de 0.13%,
azufre menor que 0.02%, fósforo alrededor de 0.18% y manganeso
menor que 0.1%.
Este metal se emplea principalmente en la producción de tubos y
otros productos sometidos al deterioro por oxidación, como los
usados en los embarcaderos, en las vías del ferrocarril, en el campo,
en las fábricas de aceite.
Ventajas
Resistencia a la corrosión, incluye su facilidad para ser soldado, alta
ductilidad y su habilidad para conservar las capas protectoras que se
le apliquen
ACTIVIDAD IIINVESTIGAR EL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL ACEROLA CLASIFICACIÓN DEL ACEROREALIZAR LA EXPOSICIÓN POR EQUIPOS
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS SOBRE EL HIERRO FUNDIDO
Carbono.- No obstante que cualquier hierro, conteniendo arriba de
2.0%de carbono está en la región de los hierros fundidos, la fundición
gris, tiene un contenido de carbono de 3 a 4%. Esta cantidad depende
del contenido de carbono en el arrabio y la chatarra utilizados, así como
del que es absorbido del coque, durante el proceso de fusión. Las
propiedades finales del hierro, dependen no solamente de la cantidad
de carbono, sino también en la forma en la cuál está presente, la
formación de carbono grafítico, dependen del enfriamiento lento y del
contenido de silicio. Altos valores de silicio, favorecen la formación de
carbono grafítico. El carbono en este estado, reduce la contracción y le
da al hierro propiedades de fácil mecanizado. La resistencia y la dureza
del hierro aumentan con el porcentaje de carbono en la forma
combinada. Las propiedades del hierro fundido se pueden variar por
tratamiento térmico
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS SOBRE EL HIERRO FUNDIDO
Silicio.- El silicio, hasta 3.25% es un ablandador del hierro y es el
elemento predominante en la determinación de las cantidades de
carbono combinado y grafítico. Se combina con el hierro, que en otra
forma se combinaría con el carbono, permitiendo así que éste pase al
estado grafítico. Después de que se ha alcanzado un equilibrio, el
silicio adicional se une con la ferrita para formar un compuesto duro.
En consecuencia, el silicio arriba de 3.25% actúa como endurecedor.
En la fundición, el promedio de pérdidas de silicio es alrededor del
10% del silicio total cargado en el cubilote. Los altos contenidos de
silicio se recomiendan para fundiciones pequeñas y los bajos para
vaciados grandes. Cuando se le utiliza en porcentajes desde 13 a 17,
se forma una aleación que tiene resistencia a los ácidos y a la
corrosión. La fundición gris, que es de bajo silicio, responde mejor al
tratamiento térmico
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS SOBRE EL HIERRO FUNDIDO
Manganeso.- en pequeñas cantidades, no tiene un efecto apreciable,
pero en cantidades arriba de 0.5% se combina con el azufre para
formar un sulfuro de manganeso. La mezcla tiene baja densidad
específica y se elimina del metal con la escoria, actúa como
desoxidante, así como purificador y aumenta la fluidez, resistencia y
dureza del hierro. Si se aumenta el porcentaje considerablemente por
sobre las cantidades usuales, facilitará la formación del carbono
combinado y aumentará con rapidez la dureza del hierro. Del
manganeso cargado originalmente, se pierde de 10 a un 20% en el
proceso de fundición
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS SOBRE EL HIERRO FUNDIDO
Azufre.- Nada bueno se puede decir respecto al azufre, en el hierro
fundido. Facilita la formación de carbono combinado, con la
consiguiente dureza y ocasiona que el hierro pierda fluidez con las
burbujas resultantes. El hierro adquiere azufre de la mena y también
del coque, durante el proceso de fundición. Cada vez que el hierro es
vuelto a fundir se tiene un ligero aumento en el azufre,
frecuentemente tan grande como 0.03%. Para contrarrestar tal
aumento, debe aumentarse manganeso a la carga en forma de
trozos de ferromanganeso y del hierro especular
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS SOBRE EL HIERRO FUNDIDOFósforo.- Aumenta la fluidez del metal fundido y reduce la temperatura de fusión. Por esta razón el fósforo arriba de 1% se usa a la vez en vaciados pequeños y en los que tienen secciones muy delgadas. Los vaciados grandes deberán tener bajo contenido de fósforo, ya que no se requiere fluidez adicional en el hierro. Hay un aumento ligero en el contenido del fósforo durante el proceso de fundición; alrededor de 0.02% la acción de cualquier proceso de refundición sobre el fósforo, es principalmente de concentración puesto que este elemento no se oxida rápidamente, excepto bajo condiciones especiales. Con el objeto de controlar este elemento deberá tener especial cuidado al seleccionar el grado de la chatarra que se va a utilizar.El fósforo también forma un constituyente conocido como esteadita, una mezcla de hierro y fósforo , que es duro, frágil y de punto de fusión un tanto bajo. Contiene alrededor de 10% de fósforo; por lo cual un hierro con 0.50% de fósforo, tendrá 5% en volumen de esteadita. La esteadita aparece bajo el microscopio como un área brillante sin estructura, pero se manifiesta como un conjunto si hay suficiente fósforo
PRODUCCIÓN DE METALES NO FERROSOS
Actividad III.- Investigar y elaborar presentación de los siguientes temas: Características de los metales no Ferrosos Proceso de obtención de los metales no
ferrosos Producción del Aluminio Producción de Magnesio Producción de Cobre Producción de Plomo Aleaciones Forjadas Aleaciones Fundidas en Matriz