INTRODUCCIONEn este captulo veremos acerca de el hierro y sus aleaciones y para entrar al tema veremos primeramente unos breves conceptos o ideas que abordan la temtica de este capituloLos primeros hombres descubrieron metales al encender sus lumbres las cuales eran arenas que contenan estao o aluminio.La edad de bronce fue la poca donde el resultado fue la mezcla del cobre con otros metales, que se efectuaba a relativamente bajas temperaturas. Los pueblos egipcios y los de Asia Menor a lo largo del mediterrneo, comenzaron a construir armas, herramientas y otros productos con hierro dado con ellos el principio de esta edad, sin embargo no consiguieron conseguir la fundicin del material.La edad del hierro se dio posteriormente a la edad del bronce y fue aproximadamente en los aos 1400 a.C.Ms adelante y mediante la evaluacin de la temperatura, el hombre pudo unir dos piezas del mismo metal por medio del martillo o forja, esto ocurri alrededor de 1200 y 1000 a.C.En este captulo aprenderemos acerca de los criterios ms utilizados para la clasificacin de los aceros, as como tambin veremos las normas que se utilizan por la SAE y la AISI para clasificarlo.Tambin trataremos brevemente acerca de los hornos para producir acero y sus propiedades.Aprenderemos la clasificacin e identificacin de los aceros para herramientas que son un tema importante para la ingeniera y conoceremos las aplicaciones de estos segn sus elementos constituyentes en la aleacin del acero. Tambin trabajaremos con los aceros inoxidables, veremos sus aplicaciones y a su vez tambin la de los hierros fundidos, identificaremos sus caractersticas bsicas y conoceremos sus diferentes reas de aplicacin as como tambin veremos las variables que intervienen en la conformacin de un hierro fundido y tambin trataremos de aprender a interpretar diagramas de fase

RESUMENEl hierro es el cuarto elemento ms abundante sobre la corteza terrestre (5%) y despus el aluminio, es el metal ms abundante. Es el constituyente principal de algunas de las ms importantes aleaciones de uso en ingeniera. Y a su vez es ms barato que el Cu, Ni, Al, Mg, Zn.Algunas propiedades principales del hierro son: su densidad es de ; su nmero atmico es el 26 y su peso atmico es de 55.85; tiene un punto de ebullicin de 2800 a 3000C; el hierro es un metal gris y no es particularmente duro, es dctil y maleable, es magntico y tiene buena tenacidad y resistencia.Algunas de las aplicaciones del hierro son: aceros estructurales para la construccin, elaboracin de hierros fundidos, imanes, abrasivos, hierro forjado, colorantes, tintas, papel, carbn, pigmentos, herramientas, entre otros.Estructuracuerpo, a temperaturas normales. Tiene una estructura cbica centrada en la cara. Este hecho es de gran importancia prctica. En su forma de acero, el hierro siempre contiene una pequea cantidad de carbono. Los tomos de carbono son menores que los tomos de hierro y, a temperaturas altas, se encajan en los espacios abiertos de la estructura centrada en la cara. Cuando el hierro se enfra, adquiere una forma cubica centrada en el cuerpo. En esa forma, los tomos de carbono no pueden colocarse en los espacios ms pequeos.CRITERIOS PARA LA CLASIFICACION DE LOS ACEROSEl acero es una aleacin de hierro y carbono que se caracteriza por su gran resistencia. La versatilidad del acero como material de ingeniera se debe al proceso de fabricacin del acero desde su inicio en la etapa de reduccin del mineral, pasando por varios procesos hasta los productos terminados. En la familia de las aleaciones de hierro la diferencia principal es el contenido de carbonoPara clasificar el acero podemos tomar cuatro parmetros para definir cada uno, ya sea segn el contenido del carbono; segn el mtodo de manufactura; segn el uso final que se le da al acero; y por ultimo su composicin qumica

A)SEGN EL CONTENIDO DEL CARBONO: Aceros de bajo contenido de carbono: contienen hasta .25% de carbono; generalmente son tenaces, dctiles, fciles de conformar, maquinar y soldar, responden bien a los tratamientos trmicos. Aceros de medio contenido de carbono: contienen de .25% a .55% de carbono; se utilizan en piezas estructurales para la industria ferroviaria, ejes, engranes, partes resistentes, combinaciones; tienen buena resistencia, ductilidad y dureza. Acero de alto contenido de carbono: ms de .55% de carbono, poseen mayor resistencia al desgaste, son sumamente slidos y duros, se utilizan para equipo de minera, rocas, machuelos, etc.

B)SEGN EL METODO DE MANUFACTURA:Este se refiere al mtodo utilizado para la obtencin del acero, se clasifican en: HORNO DE ACERO ALTO: sus caractersticas son: Un alto horno tpico est formado por una cpsula cilndrica de acero de unos 30 m a 80 m de alto forrada con un material no metlico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios.El dimetro de la cpsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es mximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno est 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 el arrabio cuando se sangra (o vaca) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por vlvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza.Una vez obtenido el acero lquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminacin y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lgicamente se obtienen lingotes. Esquema de funcionamiento de un alto horno.La instalacin recibe este nombre por sus grandes dimensiones, ya que puede llegar a tener una altura de 80 metros. Por la parte superior del horno se introduce el material, el cual, a medida que va descendiendo y por efecto de las altas temperaturas, se descompone en los distintos materiales que lo forman. En la parte inferior del horno, por un lado, se recoge el arrabio y, por otro, la escoria, o material de desecho, su capacidad de produccin puede variar entre 500 y 1500 toneladas diarias. Las partes del horno alto son: 1-La cuba:Tiene forma troncocnica y constituye la parte superior del alto horno; por la zona ms estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce la carga la carga que la componen: El mineral de hierro:Magnetita, limonita, siderita o hematite. Combustible:Generalmente escarbn de coque. Este carbn se obtiene por destilacin del carbn de hulla y tiene alto poder calorfico. El carbn de coque, adems de actuar como combustible provoca la reduccin del mineral de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxgeno. Fundente:Puede serpiedra calizaoarcilla. El fundente se combina qumicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el hierro lquido, por lo que se puede separar. Adems ayuda a disminuir el punto de fusin de la mezcla.2-Etalaje:Esta separada de la cuba por la zona ms ancha de esta ltima parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500 C) y es aqu donde el mineral de hierro comienza a transformarse en hierro. La parte final del etalaje es ms estrecha.3-Crisol:Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal lquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un orificio practicado en la parte baja del mismo, denominada piquera de arrabio sale el hierro lquido, llamado arrabio.4-Cucharas:Depsitos hasta los cuales se conduce el producto final del alto horno llamado arrabio, tambin llamado hierro colado o hierro de primera fusin. Productos que se obtienen de los hornos altos: Humos y gases residuales:Se producen como consecuencia de la combustin del coque y de los gases producidos en la reduccin qumica del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dixido de carbono, monxido de carbono y xidos de azufre.

Escoria:Es un residuo metalrgico que a veces adquiere la categora de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construccin, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricacin de cemento y vidrio. La escoria, como se coment anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.

Fundicin, hierro colado o arrabio:Producto aprovechable del alto horno y est constituido por hierro con un contenido en carbono. Se presenta en estado lquido a 1800 C. a este metal se le denomina hierro de primera fusin. A partir de la primera fusin, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce,acero.

HORNO DE ACERO BESSEMER:Laelaboracin deaceroen convertidoreses un mtodo desarrollado en el ao1855 porel metalrgico inglesH. Bessemer, y consiste fundamentalmente en soplar aire comprimido al arrabio vertido en un recipiente especial llamado convertidor.Para la produccin de aceros, se emplean como materias primas fundamentales, elarrabio ylachatarra demetales ferrosos. El acero, comparado con elhierro fundido obtenidoen los altos hornos, contiene mucho menos cantidad decarbono eimpurezas, debido a que estas ltimas se eliminan poroxidacin duranteel proceso de elaboracin del acero. Los mtodos comnmente utilizados para obtener aceros son: de convertidores; produccin en hornos Martin y produccin en hornos elctricos.El convertidor es un recipiente en forma de pera, hecho con chapas de acero remachadas de 15 a 30 cm de espesor. Su cavidad interior se encuentra revestida dematerial refractario queforma una capa de alrededor de 300 mm de espesor. Su volumen til promedio es de alrededor de 30 t.El aire comprimido entra por agujeros en el fondo del convertidor, que tienen un sistema para controlar y/o regular su entrada. Mediante mecanismos, el convertidor puede tomar una posicin horizontal para cargar la materia prima y descargar el acero, llevndose a la posicin vertical que ser la de trabajo y coincidir con el mayor suministro de aire. Mtodo BessemerEl mtodo Bessemer o de conversin cida, se obtiene en un convertidor que est revestido deladrillos Dinas, lo que hace un revestimiento cido. Este es un material refractario que contiene de un 90 a un 97% deSiO2. El revestimiento se corroe por las escorias, por lo que por este mtodo solo se pueden tratar arrabios silceos, y el hierro que se transforma debe tener contenidos mnimos defsforo y azufre.El convertidor se coloca horizontal, se calienta y se carga con arrabio lquido; se suministra aire y se lleva a la posicin vertical o de trabajo.En un primer periodo comienza la oxidacin de las impurezas de hierro por la reaccin entre elxido de hierro formadoy elsilicio ymanganeso quehay en elhierro. La oxidacin del silicio desprende grandes cantidades de calor, aumentando la temperatura de la fundicin.El segundo periodo se caracteriza por un aumento de temperatura de hasta 1500C, crendose una combustin intensa delcarbono, hasta formarseCO2.En el tercero y ltimo periodo, se produce un humo pardo que indica la oxidacin del hierro. Aqu termina el proceso; se lleva el horno a la posicin horizontal, reducindose el suministro de aire. Mtodo ThomasFue creado en1878 porel inglsThomas yse usa para hierros ricos en fsforo. El revestimiento de este convertidor se hace dedolomita, que es un material refractario compuesto de MgCO3.CaCO3.La capacidad de estos convertidores es mayor que la de los Bessemer, pues a la materia prima empleada hay que agregarlecal. En este caso, el convertidor se calienta y se carga con la cal, despus se vierte el arrabio y se suministra el aire. Ventajas del acero logrado en convertidores Alta capacidad de produccin No es necesario combustible, pues la temperatura se logra a partir del desprendimiento de calor del proceso de oxidacin. Bajo costo del acero obtenido. Desventajas No se pueden transformar grandes cantidades de chatarra. Las fundiciones deben ser de una determinada composicin. Hay grandes prdidas demetal alquemarse. Se hace difcil regular el proceso, obtenindose aceros con elevados contenidos de xido de hierro y nitrgeno.

HORNO DE ACERO BSICO DE OXIGENO:El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la lnea bsica y a la inyeccin del oxgeno.Este horno fue inventado por Sir Henry Bessemer a mediados de 1800El Proceso del horno bsico de oxigeno se origin en Austria en 1952, fue hecho para convertir arrabio con bajo contenido de fosforo (0.3%) se bautiz con las iniciales LD Lanza de Linz, Luego la tcnica se extendi para arrabios de alto fosforo, mediante la adicin al chorro de oxigeno de polvo de piedra caliza. Entonces se logr la produccin de aceros con arrabio de contenidos con alto fosforo que llegan al 2%. PARTES Cmara de Acero, recubierta por dentro con material refractario, montada en chumaceras que le permiten girar Lanza de oxigeno enfriada con agua AGREGADOS 75% de Arrabio (Metal Caliente) Chatarra (que se encuentra en cajas previamente pesada) Carbono Ferroaleaciones A travs de la lanza se le inyecta oxgeno y polvo de piedra caliza PROCESO:1. Se inclina el horno Con ayuda de una gra puente y se aade el arrabio, el fundente y a veces chatarra2. Se pone el horno en vertical y se baja la lanza para inyectar oxigeno (se lleva aproximadamente un tiempo de 15 minutos). En el metal fundido las impurezas se queman; el oxgeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de bixido/ monxido de carbono.3. Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre el acero4. Se vierte el acero sobre la cuchara y se aaden carbono y ferroaleaciones RESULTADO Acero fundido Refinacin del arrabio

HORNO DE ACERO DE HOGAR ABIERTO

El horno de hogar abierto semeja un horno enorme, y se le denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente).

El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra caliza, empleando aire pre-calentado, combustible lquido y gas para la combustin, largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales, fundindolos. Al mismo tiempo, se quema (o se oxida) el exceso de carbono y otras impurezas como el fsforo, silicio y manganeso.

Este proceso puede acelerarse introduciendo tubos refrigerados por agua (lanzas), los que suministran un grueso flujo de oxgeno sobre la carga.

Peridicamente, se revisan muestras de la masa fundida en el laboratorio para verificar la composicin empleando un instrumento denominado espectrmetro. Tambin se determinan los niveles de carbono.

Si se est fabricando acero de aleacin, se agregarn los elementos de aleacin deseados. Cuando las lecturas de composicin son correctas, el horno se cuela y el acero fundido se vierte en una olla de colada.

El proceso completo demora de cinco a ocho horas, mientras que el Horno de Oxgeno Bsico produce la misma cantidad de acero en 45 minutos aproximadamente. Debido a esto, este horno ha sido virtualmente reemplazado por el de Oxgeno Bsico. CONVERTIDOR DE ACERO L-D:Tiene la forma de un convertidor normal. Es el de mayor capacidad de produccin ya que, en vez de aire, se inyecta oxgeno puro, lo que aumenta la temperatura de afino activando as las reacciones. Esto hace que disminuya la duracin del proceso y mejore la calidad del acero.La operacin de soplado se realiza por medio de una lanza que se introduce por la boca del convertidor.Como materias primas introducimos hierro bruto o en estado lquido, chatarra, mineral de hierro y, para que se produzca la formacin de escorias, cal y caliza, lo que implica que el recubrimiento debe ser de carcter bsico. CONVERTIDOR DE ACERO KALDO:Es anlogo al LD pero est inclinado respecto a la horizontal y presenta un movimiento rotatorio.La presin de entrada del oxgeno puede ser menor y se homogeneiza la temperatura en toda la masa. Tiene mayor contacto entre la escoria y el bao, lo que activa las reacciones. Adems, admite mayor porcentaje de chatarra. CONVERTIDOR DE ACERO MARTN-SIEMENS:Es una solera en la que se depositan las materias primas. La cubeta es de forma rectangular y est inclinada hacia el orificio de salida. Por el exterior de la solera circula aire para refrigerar la bveda. La bveda es de ladrillos refractarios silceos. Los gases del horno pasan por unos aspiradores recuperadores que invierten el sentido de circulacin produciendo elevadas temperaturas. En las paredes laterales estn situados los quemadores que funcionan por combustible gaseoso. El revestimiento refractario de las paredes es de Si para el procedimiento cido y de Mg para el bsico.Proceso cido: La reduccin del C no se hace slo por oxidacin, sino tambin de las siguientes formas:Disolucin: Aadiendo chatarra con poco carburo se consigue que el carbono se reparta por el total de la masaOTRO PROCESO: Aadiendo minerales de hierro puro que ceden el oxigeno para la oxidacin del carbono.MIXTO: Aadiendo chatarra y minerales de hierro.El Mn se oxida rpidamente y pasa a la escoria. El Si hace lo mismo pero ms lentamente. El C se oxida con el oxgeno y se elimina en forma de CO. El P y el S no se eliminan.Proceso bsico: La gran diferencia es que la escoria es bsica, lo que permite la eliminacin del P. Primero se carga la materia slida y una vez fundida se carga la fundicin en estado lquido.El Si y el Mn se oxidan rpidamente. El xido de Mn no pasa a la escoria y cede su oxgeno al C. Posteriormente se vuelve a oxidar, as como el P y el S, pasando a la escoria. La chatarra debe ser oxidada para la descarburacin, pudindose aadir tambin ferroaleaciones. HORNO DE ACERO ELECTRICO:Laproduccin de acero en hornos elctricos, tiene la ventaja con relacin a otros mtodos, de obtener en el proceso temperaturas muy altas, que permitirn la eliminacin casi completa delfsforoyazufre, rebajando adems la quema delmetaldebido a que no existe llama oxidante.Tipos de hornos elctricos: Hornos de induccinLos hornos deinduccin(sin ncleo) funcionan con corriente a una frecuencia de 500 a 2000 Hz. Elcrisolrefractario tiene un arrollamiento de tubo decobrede seccin rectangular, por el que circula el agua de refrigeracin. Al pasar por este arrollamiento una corriente dealta frecuenciaque es proporcionada por ungeneradorespecial, excita en el metal corrientes parsitas que lo calientan hasta su totalfusin.En estos hornos se procesan materias primas de gran calidad, y debido a la velocidad del proceso, el metal no se oxida mucho, aunque al final del proceso se aaden cantidades de adiciones y desoxidantes. Los hornos de alta frecuencia tienen una capacidad que no rebasa las 8 t, usndose para producir aceros perfilados y aleaciones de alta calidad, como aceros resistentes a altas temperaturas, inoxidables, etc. Hornos de arco elctricoComo su nombre lo indica, estos hornos funcionan con el calor que desprende unarco elctrico. Dentro de ellos se observan dos tipos: los de calefaccin de arco indirecto y los directos.En los del primer tipo, los electrodos se colocan encima del material a fundir, y los materiales se funden por el calor del arco excitado. En los hornos de calefaccin directos, la fusin se logra a partir del arco entre los electrodos y el bao metlico.

Partes de los hornosLos hornos elctricos constan fundamentalmente de las siguientes partes: Caja: construida de chapas gruesas de acero. Revestimiento: en los hornos cidos, de ladrillos Dinas; en los bsicos, con ladrillos de magnesita. Bveda mvil: se cubre con ladrillos Dinas. Patines: tienen forma de arco y ayudan a la descarga del horno. Piquera: canal para la salida del material fundido. Transmisin elctrica o hidrulica: mueve el horno hacia una posicin horizontal para facilitar la descarga. Electrodos: son mviles, y elaborados de grafito o carbono. Transformador: suministra la corriente necesaria a los electrodos. Barras colectoras: llevan la corriente del transformador a los electrodos. MezclasEn los hornos elctricos se funde una mezcla compuesta por: Chatarra de acero: es la ms importante de las materias primas. Hierro fundido: sirve para carbonizar el metal. Mineral de hierro: se agrega para oxidar las impurezas. Fundentes: se usa cal, con el objetivo de producir escorias bsicas. Desoxidantes: se usan ferro silicio, ferromanganeso, aluminio. Ferroaleaciones: para la obtencin de aceros aleados, introduciendo:cromo,nquel,volframio, etc.En los hornos de revestimiento cido, se obtienen aceros de calidad, pues se emplean materiales con bajos contenidos de fsforo y azufre. En los bsicos se logran aceros de construccin con contenidos reducidos de impurezas.

Proceso de fundicinDespus de fundir la mezcla cargada en el horno, se aadecal,mineral de hierrouxido de hierroy se conecta a la corriente.Periodo de oxidacinDebido aloxgenodel mineral o del xido de hierro, se oxidan todas las impurezas, excepto el azufre. Al descargar las escorias, se carga nuevamente una pequea cantidad de cal y mineral. Formadas nuevamente las escorias, se toman muestras para determinar la cantidad de fsforo que an existe en la mezcla, y de nuevo se extraen las escorias. Estas operaciones se repiten hasta eliminar la mayor cantidad del fsforo.

Periodo de reduccinSobre la superficie del metal se agregan las escorias bsicas compuestas de cal y espatoflor, aadindose despus coque desmenuzado. Se efecta entonces la desoxidacin del metal y la transformacin del azufre en escorias. Se descargan las escorias aadiendo nuevamente escoria bsica, y este proceso se repite hasta eliminar casi totalmente el azufre. HORNO DE ACERO DE CRISOLUtilizan un recipiente o crisol, hecho de material refractario (arcilla y grafito) o de acero aleado a alta temperatura para contener la carga a fundir.

La fuente de energa es el calor de una llama, generalmente producto de la combustin de una aceite, gas o carbn pulverizado.

Se utilizan para la fundicin de aleaciones no ferrosas tales como latn, bronce, aleaciones de zinc y aluminio.

Los hay de tres tipos:

crisol mvil: el crisol se coloca dentro del horno y una vez fundida la carga el crisol se levanta y saca del horno y se usa como cuchara de colada. crisol estacionario: posee un quemador integrado y el crisol no se mueve. una vez fundida la carga esta se saca con cucharas fuera del recipiente. crisol basculante: tambin posee generalmente el quemador integrado y el dispositivo entero se inclina o bascula para vaciar la carga.

C)SEGN EL USO FINAL QUE SE LE DA AL ACERO acero para herramientas. acero para maquinas. acero para resortes. acero para calderas. acero estructural.Entre otros usos ms.D)COMPOSICION QUIMICA Este mtodo indica por medio de un sistema numrico el contenido aproximado de los elementos de aleacin importantes del aceroACEROS ALEADOSEstos son aceros cuyas propiedades caractersticas se deben a algn elemento de aleacin diferente del carbonoLos aceros de bajo contenido de carbono se pueden utilizar con xito si la resistencia y otros requerimientos mecnicos no son muy necesarios. Estos aceros se utilizan con xito a temperaturas comunes y en atmosferas que no son altamente corrosivas; tienen un costo relativamente bajo, pero cuentan con algunas limitaciones:1. no pueden ser forzados arriba de los 100,000 psi, pues pierden ductilidad y resistencia al impacto2. los productos de gran seccin y poco espesor no son totalmente templables3. tienen poca resistencia a la corrosin y oxidacin4. los aceros de medio contenido se carbono deben ser enfriados rpidamente para formar la martensita; esto puede provocar distorsiones y roturas del acero5. tienen poca resistencia al impacto a baja temperaturaPara superar estas limitaciones, se han desarrollado aceros de aleacin que contienen elementos que mejoran sus propiedades.ACEROS PARA HERRAMIENTASLos aceros para herramientas son aceros especiales de alta calidad, con alto contenido de carbono y elementos de aleacin, utilizados para elaborar herramientas de corte y conformado. Estos aceros son esenciales en el proceso de todos los dems aceros y materiales en ingeniera, se utilizan para cortar, moldear o dar forma a otros materiales.Medio templado: acero templado en agua acero templado en aceite acero templado en aire acero templado en salmuera acero templado en plomo fundido acero templado en sales fundidasContenido de aleacin: acero al carbono para herramienta acero de baja aleacin para herramienta acero de alta aleacin para herramientaEmpleo del acero: acero para trabajo en caliente acero resistente al impacto acero de alta velocidad acero para trabajo en frioLa AISI utiliza un mtodo de clasificacin de aceros basado en el mtodo de templado, sus aplicaciones y caractersticas particulares. Los aceros para herramientas que ms se utilizan se clasifican en siete grupos: TEMPLADO EN AGUA tiene el smbolo W y sus elementos de aleacin son .6% a 1.4% C, CrV; su temple es el agua. RESITENTE AL IMPACTO tiene el smbolo S y sus elementos de aleacin son .45% a .65% C, Si, Cr, Mo, W; su temple es el aceite o el agua. TRABAJO EN FRIO (grupo ms importante) tiene los smbolos O (templable en aceite) A (mediana aleacin) D (alto carbono, alto cromo); sus elementos de aleacin Mn, Cr, W 1%C, Mn, Cr, Mo, V hasta 2.25%C, hasta 12% Cr, Mo, V, Co; sus temples son aceite, aire. TRABAJO EN CALIENTE (sometido a calor excesivo) tiene los smbolos H, H01-H19, H20-H20, H40-H59, sus elementos de aleacin son como mnimo 5% de Cr, W, V, Mo y menos de .65% C; su temple es el aire, aceite o sal. ALTA VELOCIDAD (aceros rpidos; altamente aleados), su smbolo es T Base Tungsteno, M Base molibdeno; sus elementos de aleacin son .7%-1.5% C, Co, Cr, V, W .7%-1.5% C, Mo, W, V, Co, Cr; sus temples son aire, aceite o sales fundidas. MOLDES (para inyeccin o compresin de plsticos) tiene los smbolos P P01-P19 bajo carbono, P20-P39 otros tipos; sus elementos de aleacin son Cr, Ni, Al, Mo, bajo contenido de C. PROPSITOS ESPECIFICOS (especiales; ms costosos) tiene los smbolos L baja aleacin, F Carbono-Tungsteno; sus elementos de aleacin son Cr, V, C, W; sus temples son agua, salmuera o aceite.SELECCIN DE ACEROS PARA HERRAMIENTA: lo mejor para seleccionar un acero para dicha herramienta destinada a una aplicacin, es relacionar las caractersticas metalrgicas de los aceros para herramientas con los requisitos del acero en funcionamientoPROPIEDADES GENERALES: los aceros para herramientas requieren en general de las siguientes caractersticas: TEMPLABILIDAD: los aceros se expanden y se contraen durante el calentamiento y el templado, un tratamiento trmico mediante calentamiento o enfriamiento suele dar lugar a fisuras durante el templado. DUREZA AL ROJO: tambin llamada dureza en caliente, es la resistencia del acero al efecto del suavizamiento producido por calor. Es un factor selectivo para las herramientas de alta velocidad y para trabajar en caliente. RESISTENCIA AL DESGASTE: es la resistencia que presenta un material a la absorcin o a la perdida de tolerancias dimensionales. Todos los aceros para herramientas tienen relativamente buena resistencia al desgaste MAQUINABILIDAD: capacidad de un material para ser cortado libremente y producir un buen terminado despus de que se mquina. Hay muchos factores que afectan a la maquinabilidad, pero no hay un consenso en la forma de cuantificarla. En lugar de ello, a menudo la maquinabilidad se evala caso por caso y las pruebas se adaptan a las necesidades especficas de una fbrica. Las medidas ms comunes para efectuar una comparacin de maquinabilidad son la vida de la herramienta, el acabado superficial, latemperaturade corte y el consumo deenerga RESISTENCIA: las propiedades de los cuerpos solidos que les permite resistir la accin de las fuerzas externas, el estudio de las fuerzas internas en los cuerpos y de las deformaciones ocasionadas por las fuerzas externas.TIPOS DE ACEROS PARA HERRAMIENTASAceros para herramientas templables en agua (W); son esencialmente acero al carbono (.6%-1.45%C). Deben templarse en agua para lograr alta dureza; poseen maquinabilidad excelente, descarburacin excelente; poca resistencia al calor, no pueden utilizarse en herramientas de corte bajo, condiciones de calor en el borde de corte.Se utilizan como herramientas de corte en condiciones de baja velocidad y corte ligero sobre materiales relativamente suaves (madera, carton, aluminio)a) .6%-.755% C; fuerte tenacidadb) .75% - 1.4% C; alta resistencia al desgastec) .95%-1.4% C; alta resistencia al desgasteACEROS PARA TRABAJO EN FRIOa) GRUPO O: contiene Mn, Cr, W; poseen propiedades de no deformacin, no son relativamente costosos, su alto contenido de carbono produce resistencia al desgaste, buena maquinabilidad, buena resistencia a la descarburacin, tenacidad regular, dureza al rojo deficiente, se utiliza en herramientas de formado.b) GRUPO A: aceros de mediana aleacin (C, Mn, Cr, Mo). Son endurecibles en aire, tienen alta templabilidad, poseen excelentes propiedades de no deformacin, buena resistencia al desgaste, regular tenacidad, dureza al rojo, resistencia a descarburacin; usos: punzones, herramientas de formado, dados para tallar cuerdas. c) GRUPO D: pueden contener Mo, V y Co, hasta 2.25% de carbono y hasta 12% de Cr. Tienen excelente resistencia al desgaste, propiedades de no deformacin, resistencia a la abrasin, son difciles de maquinarACEROS PARA HERRAMIENTAS EN TRABAJO CALIENTE(H)La herramienta se somete a calor excesivo porque el material que se est trabajando se alea con Cr, Mo, W, en 5% mnimo, para aumentar la dureza al rojo, presenta buena tenacidad, se utiliza para dados de forja, extrusin y colado.ACEROS PARA MOLDES (P): contienen Cr, Ni, Mo y Al. Tienen baja dureza, son favorables para operaciones de deformado, tiene poca dureza al rojo, se usan para moldes de inyeccin de plsticos por compresin. ACEROS PARA PROPOSITOS ESPECIALES:Se elaboran para satisfacer requisitos peculiares de cierta aplicacin, son ms costosos GRUPO L: su principal elemento de aleacin es el Cr. Se usan en mquinas-herramientas en las que se requiere alta resistencia al desgaste con buena tenacidad (cojines, rodillos, llaves de tuercas) GRUPO F: aleacin C-W, son relativamente frgiles, con excelente resistencia al desgaste, se usan en guillotinas de papel, dados para estirado de alambres, herramientas para maquinado y formado final.

ACEROS INOXIDABLESEl acero inoxidable es un acero con alta aleacin de cromo adicionado con nquel, con intensin de mejorar la resistencia a la corrosin y oxidacin; contiene grandes cantidades de Cr, mnimo 11-12% para obtener resistencia a la corrosin.SISTEMA DE NUMERACIONUn sistema de numeracin de 3 dgitos se utiliza para identificar los aceros inoxidables. El primer digito indica el grupo de acero, los otros dos no tienen significado propioSERIEELEMENTO DE ALEACINACEROPROPIEDADES

2xxCromo-nquel-magnesioAusteniticoNo endurecible, no magntico, estructura FCC

3xxCromo-nquelAusteniticoNo endurecible, no magntico, estructura FCC

4xxCromoMartensiticoEndurecible, magntico, estructura tetragonal centrada

4xxCromoFerriticoNo endurecible, magntico, estructura FCC

5xxCromo 4-6% (bajo contenido)MartensiticoSe endurece al aire, es resistente al calor

Las propiedades de resistencia a la corrosin en los aceros inoxidables se debe a una pelcula delgada, adherente, estable, de xido de cromo u oxido de nquel, que se genera cuando el cromo del acero reacciona con el oxgeno del medio ambiente, que protege efectivamente la superficie del acero contra muchos medios corrosivos. Existe solo cuando el contenido de cromo excede del 10%. Un bajo contenido de carbono genera un acero no endurecible; un alto contenido de carbono genera un acero endurecible por tratamiento trmico.Los aceros inoxidables con una pequea cantidad de azufre mejora considerablemente la maquinabilidad.La respuesta al trmico de los aceros inoxidables y resistentes al calor depende de su composicin.ACEROS MARTENSITICOS INOXIDABLESContienen entre 11.5%-18% de cromo y entre 0.15%-0.75% de carbono, formando una estructura martensitica (tetragonal centrada en el cuerpo). Aceros ms comunes: 403, 410, 416, 421, 440, 501, 502. PROPIEDADES: son magnticos, pueden trabajarse en frio sin dificultad, pueden maquinarse satisfactoriamente, presentan buena tenacidad, gran resistencia a la corrosin atmosfrica y a los agentes qumicos, se trabajan fcilmente en caliente, no son tan buenos como los aceros Austeniticos o ferriticos, tienen excelente templabilidad, resisten el ablandamiento a elevadas temperaturas, pueden endurecerse con tratamiento trmico.USOS: aletas para turbinas, piezas de fundicin resistentes a la corrosin, equipo de refineras petroleras, aletas para turbinas de vapor, piezas de maquinaria, resorte, lminas, cuchillera, instrumentos quirrgicos, calculas, accesorios de aviones, piezas de maquinaria, papelera, bombas y tornillos, bolas para rodamientos.ACEROS FERRITICOS INOXIDABLESContienen entre 14%-27% de Cr y mximo 0.25% de C. pertenecen al grupo 4. Aceros ms comunes: 405, 430, 446.PROPIEDADES: no se pueden endurecer por tratamiento trmico, solo moderadamente mediante trabajo frio. Son magnticos, pueden trabajarse en frio o caliente, alcanzan su mxima suavidad, ductilidad y resistencia a la corrosin en la condicin de recocido. La resistencia de estos aceros es aproximadamente 50% mayor que los aceros al carbonoUSOS: recipientes para industrias qumicas y alimenticias, tanques para cido ntrico, adornos arquitectnicos y automotrices, piezas para maquinar tornillos, piezas de hornos, reguladores de calentadores, amortiguadores, equipos de procesamiento qumico, molduras de autos, convertidores catalticos, propsitos decorativos, implementos de cocina.ACEROS AUSTENITICOS INOXIDABLESTienen como mnimo 23% de contenido de cromo y nquel, de 0.03%- 0.1% de C, pertenece al grupo 2 y 3.Aceros ms comunes: 201, 302, 303, 309, 316, 410. Presentan una estructura Austenitica (FCC).PROPIEDADES: son no magnticos, no endurecibles por tratamiento trmico, se pueden trabajar fcilmente en caliente o en frio, este ltimo les desarrolla una amplia variedad de propiedades mecnicas, son muy resistentes al impacto y difciles de maquinar a menos que contengan azufre y selenio. Tienen la mejor resistencia a elevadas temperaturas y resistencia a formar escamas. Su resistencia a la corrosin es la mejor de todos los aceros inoxidables.HIERROS FUNDIDOSLos hierros fundidos, como los aceros, son bsicamente aleaciones de Fe y C. Pueden contener entre 2% a 6.67% de carbono, silicio (0.5% - 3%) y otros elementos en cantidades insignificantes (Mn, P). como altos contenido de carbono tienden a hacer muy frgil al hierro fundido, la mayora de los tipos manufacturados comercialmente estn en el intervalo de 1.8% - 4.5% de C. Se suele producir en un horno de cubilote y se utiliza para hacer piezas de fundicin.La fundicin se presenta a menudo en forma de bloques denominados lingotes de primera fusin o lingotes de arrabio. El arrabio se fabrica generalmente en altos hornos o a partir de menas de mineral frrico y coque, extrayndose en la forma lquida.PROPIEDADES GENERALES DEL HIERROLa fundicin es el nico proceso aplicado a estas aleaciones dndole el nombre de hierros fundidos. Generalmente el hierro colado se fabrica en formas determinadas que se llaman fundiciones para empleo directo o bien para seguir un proceso de mecanizado o un tratamiento trmico.La ductilidad del hierro fundido es muy baja, no puede laminarse, estirarse o trabajarse a temperatura ambiente; no son maleables a cualquier temperatura. Son frgiles y tienen ms bajas propiedades de resistencia que la mayora de los aceros, son econmicos; mediantes una aleacin apropiada, un buen control de la fundicin y un tratamiento trmico adecuado, las propiedades de cualquier hierro fundido pueden variar ampliamente, mejorndose su resistencia al desgaste y a la abrasin y su resistencia a la corrosin.TIPOS DE HIERRO FUNDIDOSEn un principio se clasificaba la fundicin examinando las caractersticas de fractura de las superficies producidas por rotura de una probeta. Su verdadera composicin se desconoca. El color de la fractura era el factor para clasificar el producto, hasta el ao 1888 cuando se determino que el contenido de Si en proporciones especiales determinaba el carcter de la fracturaMETODO PARA LA CLASIFICACION DE LOS HIERROS1. Los tipos primarios de hierro fundido producido en el horno de cubilote Hierro fundido gris Hierro fundido blanco Hierro fundido dctil o nodular2. Los tipos secundarios de hierros fundidos se producen por tratamiento trmico y aleacin de los tres primarios Hierro fundido aleado Hierro fundido maleable Hierro fundido enfriado rpidamenteLa forma y distribucin del carbono sin combinar o combinado, influir en las propiedades del hierro fundido.RANGOS DE COMPOSICIONES QUIMICAS DE HIERROS FUNDIDOS SIN ALEARHIERRO FUNDIDOCARBONOSILICIOMAGNESIOAZUFREFOSFORO

Gris2.5-4%1-3%.25-1%.02-.25%.05-1%

Blanco1.8-3.6%.5-1.9%.25-.8%.06-.2%.06-.1%

Maleable2-2.6%1.1-1.6%.2-1%.04-.18%Max .18%

Dctil3-4%1.8-2.8%.1-1%Max .03%Max .1%

Elhierro grises uno de los materiales ferrosos ms empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleacin ferrosa contiene en general ms de 2% decarbonoy ms de 1% desilicio, adems demanganeso,fsforoyazufre. Una caracterstica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general comografito, adoptando formas irregulares descritas como hojuelas. Este grafito es el que da la coloracin gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material. Las propiedades fsicas y en particular las mecnicas varan dentro de amplios intervalos respondiendo a factores como la composicin qumica, rapidez de enfriamiento despus del vaciado, tamao y espesor de las piezas, prctica de vaciado, tratamiento trmico y parmetros micro estructural como la naturaleza de la matriz y la forma y tamao de las hojuelas de grafito. Un caso particular es el delgrafito esferoidal, que comienza a utilizarse en los aos1950, a partir de entonces ha desplazado otros tipos de hierro maleable y hierro gris.

La fundicin blanca se produce en el horno de cubilote, su composicin y rapidez de solidificacin separa coladas que se transformarn con tratamiento trmico en hierro maleable. La fundicin blanca tambin se utiliza en aplicaciones donde se necesita buena resistencia al desgaste tal como en las trituradoras y en los molinos de rodillos. Al enfriarse las fundiciones desde 1130 C hasta 727 C el contenido de carbono de la austenita vara de 2 a 0.8%C al precipitarse cementita secundaria que se forma sobre las partculas de cementita ya presentes, a los 727 C la austenita se transforma en perlita, el eutectoide de los aceros. La fundicin blanca se utiliza en elementos de molienda por su gran resistencia al desgaste, el enfriamiento rpido evita la grafitizacin de la cementita pero si se calienta de nuevo la pieza colada a una temperatura de 870 C el grafito se forma lentamente adoptando una forma caracterstica conocida como carbono de revenido, resultando la fundicin maleable, debindose mencionar que un gran tonelaje de hierro fundido blanco se emplea como materia prima para la manufactura de hierro fundido maleable. La matriz de la fundicin puede ser ferrtica o perltica si la aleacin se enfra ms rpidamente a partir de los 727 C al final del tratamiento de maleabilizacin. Las fundiciones maleables se utilizan en la fabricacin de partes de maquinaria agrcola, industrial y de transporte.

El hierro dctil o nodular se obtiene mediante la introduccin controlada de magnesio en el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fsforo.Se obtiene de este modo una extraordinaria modificacin en la micro-estructura del metal, ya que el carbono se deposita en la matriz ferrtica en forma de esferas al contrario de lo que ocurre en el hierro gris, en el que el carbono toma la forma de lminas.El resultado de este importantsimo cambio de estructura, es un hierro mucho ms fuerte, resistente y elstico.Hay cuatro fases de hierros fundidos nodularesTIPOS DE FUNDICIONPROPIEDADES GENERALES

Hierro FerriticoMxima ductilidad, tenacidad y maquinabilidad

Hierro dctil perliticoMas fuerte pero menos dctil que el Ferritico

Hierro Austenitico Fundicin altamente aleada, tiene alta resistencia la corrosin y buena fluencia a temperatura alta

Hierro templadoBuena resistencia y dureza

HIERRO FUNDIDO MALEABLELos hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento trmico de la fundicin blanca. Estas fundiciones se someten a rgidos controles y dan por resultado un micro estructura en la cual la mayora del carbono est en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundicin blanca es dura, quebradiza y muy difcil de maquinar. Se emplea profusamente para piezas de automvil, tales como cajas de puente y soporte, y accesorios para tubos.

DIAGRAMAS DE FASESon representaciones grficas de las fases que estn presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones. La mayora de los diagramas de fase han sido construidos segn condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y cientficos para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de los materiales. Los diagramas de fases ms comunes involucran temperatura versus composicin.Diagrama isomorfo (Solubilidad Slida Completa): Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinacin de temperatura y composicin de la aleacin. Cuando en la aleacin slo estn presentes dos elementos, se puede elaborar un diagrama de fases binario. Se encuentran diagramas de fases binarios isomorfos en varios sistemas metlicos y cermicos. En los sistemas isomorfos, slo se forma una fase slida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad slida ilimitada.Informacin que podemos obtener de los diagramas de fase: Conocer que fases estn presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).1. Averiguar la solubilidad, en el estado slido y en el equilibrio, de un elemento (o compuesto) en otro.2. Determinar la temperatura a la cual una aleacin enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificacin.3. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.Temperaturas de lquidos y de slidos: La curva superior en el diagrama es la temperatura de lquidos. Se debe calentar una aleacin por encima de lquidos para producir una aleacin totalmente lquida que pueda ser colocada para obtener un producto til. La aleacin lquida empezar a solidificarse cuando la temperatura se enfre hasta la temperatura de lquidos. La temperatura de slidos es la curva inferior. Una aleacin de este tipo, no estar totalmente slida hasta que el metal se enfre por debajo de la temperatura de slidos. Si se utiliza una aleacin cobre-nquel a altas temperaturas, deber quedar seguro que la temperatura durante el servicio permanecer por debajo de la temperatura de slidos, de manera que no ocurra fusin. Las aleaciones se funden y se solidifican dentro de un rango de temperatura, entre los lquidos y los slidos. La diferencia de temperatura entre lquidos y slidos se denomina rango de solidificacin de la aleacin. Dentro de este rango, coexistirn dos fases: una lquida y una slida. El slido es una solucin de tomos de los compuestos involucrados; a las fases slidas generalmente se les designa mediante una letra minscula griega, como alpha. Fases presentes: A menudo, en una aleacin a una temperatura en particular interesa saber qu fases estn presentes. Si se planea fabricar una pieza por fundicin, debe quedar seguro que inicialmente todo el metal est lquido; si se planea efectuar un tratamiento trmico de un componente, se debe procurar que durante el proceso no se forme lquido. El diagrama de fases puede ser tratado como un mapa de carreteras; si se sabe cules son las coordenadas, temperatura y composicin de la aleacin, se podrn determinar las fases presentes.Composicin de cada fase: Cada fase tiene una composicin, expresada como el porcentaje de cada uno de los elementos de la fase. Por lo general, la composicin se expresa en porcentaje en peso (% peso). Cuando est presente en la aleacin una sola fase, su composicin es igual a la de la aleacin. Si la composicin original de la aleacin se modifica, entonces tambin deber modificarse la de la fase. Sin embargo, cuando coexisten dos fases como lquido y slido, sus composiciones diferirn entre s como de la composicin general original, Si sta cambia ligeramente, la composicin de las dos fases no se afectar, siempre que la temperatura se conserve constante.

MAPAS

EJEMPLOS

HORNO BESSEMERHORNO ALTO

HORNO DE HOGAR ABIERTO

Tornillo de acero Martensitico inoxidableResorte de acero Martensitico inoxidableHerramientas de corte (aceros para herramientas templables en agua)Dados de forja (Aceros para herramientas en trabajo caliente)Llave hecha de aceroHorno elctricoHorno bsico de oxigenoConvertidor Martin-Siemens

Bolas para rodamientos de acero Martensitico inoxidable Implementos de cocina de acero Ferritico inoxidable inoxidable

Dados de extrusin (aceros para herramientas para trabajo en frio)Punzn (acero para herramientas de trabajo en frio)

Instrumentos quirrgicos (aceros martensiticos inoxidables)Aletas para turbinas (aceros martensiticos inoxidables)

Tanque para cido ntrico (aceros ferriticos inoxidables)Reguladores para calentadores (aceros ferriticos inoxidables)

CONCLUSIONEl hierro es un material del cual se hacen muchas piezas por sus caractersticas que posee una de las ms importantes es la dureza que posee y que es muy maleable, tambin es al 4 elemento ms abundante de la tierra con el 5%.

Es un metal tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnticas. Se puede obtener hierro a partir de los xidos con ms o menos impureza. La reduccin de los xidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comnmente alto horno.

Se entiende por acero la aleacin de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2.2% en peso de la composicin de la aleacin, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2% de carbono dan lugar a las fundiciones.

Cuando el contenido en carbono es mayor de 2.2% en peso, la aleacin se denomina fundicin.

Los diferentes tratamientos trmicos, qumicos o mecnicos que se les da al hierro sirven para que tengan una mayor dureza, resistencia al calor, maleabilidad, un poco de mayor conductividad elctrica y viceversa por ello es muy utilizado este metal y tambin se dice que el desarrollo de un pas puede medirse con forme el hierro que utilicen.

30