Materiales Ferreos.
Aleaciones de Acero.
El acero es en la actualidad la más importante de las aleaciones metálicas conocidas, no habiendo existido en ninguna época otro material que tanto haya contribuido al progreso de la humanidad.
Se puede decir de una manera general que bajo la denominación de “acero” se agrupan todas las aleaciones de hierro forjables.
- Tienen una superficie brillante, aunque la mayor parte de ellos suele oxidarse con suma facilidad.
- Proceden de minas (del interior de la tierra y posteriormente, en general, han sido fundidos y refinados para separarlos de otros materiales o impurezas.
- Tiene gran dureza.
Aleaciones no Ferrosos.
Son aleaciones que no contienen fierro, o
contienen cantidades relativamente pequeñas de hierro, algunos ejemplos,
aluminio, cobre, zinc, estaño y níquel. Sus propiedades son lata resistencia a
la corrosión, elevada conductividad eléctrica y térmica, baja densidad y
facilidad de producción.
Una aleación es una mezcla sólida homogénea de
dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos.
Aleaciones ferrosas: A base de las aleaciones ferrosas son aleaciones de Hierro y Carbono. Las fundiciones de hierro, contienen mas carbono del necesario para saturar la austenita a temperatura eutéctica y por lo tanto contienen entre 2 y 6,67%. Como el alto contenido de carbono tiene a hacer muy frágil al hierro fundido, la mayoría del material fabricado contiene entre 2,5 y 4% de C. La ductilidad del hierro fundido es baja, lo que hace que no siempre pueda trabajarse ni en frío ni en caliente
Aleaciones
de Hierro Carbono
Las aleaciones con
contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen características muy bien
definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier proporción de
carbono dentro de los límites citados pueden alearse con otros elementos,
formando los denominados aceros aleados o aceros especiales.
Hierro.
Se denomina hierro al metal de este nombre
técnicamente puro, o con un contenido de carbono entre 0,001% hasta 0,025%.
Hierro Electrolítico.
Es un tipo de hierro que se puede obtener casi
puro por un procedimiento electrolítico, pero tiene poca aplicación industrial.
Se obtiene por electrólisis de cloruro ferroso con ánodo soluble de acero o
fundición. Esta clase de hierro, de alta pureza, pero frágil debido a los gases
que contiene, hidrógeno principalmente, es muy apreciado por sus propiedades
magnéticas.
Hierro ARMCO
.
El denominado hierro Armco, que es un tipo de
hierro ideado por la “American Rolling Mill Co.” (A.R.M.C.O) y que se obtiene
en hornos Martin-Siemens básicos, a temperaturas superiores a las normales y
con arreglo a una técnica patentada, se utiliza bastante, por su resistencia a
la corrosión.
El hierro Armco es de una gran pureza, que puede
compararse a la del hierro electrolítico.
Hierro Forjado o Dulce.
Se elabora, partiendo
de minerales muy puros, por vía pastosa, y se trabaja por forja o laminación.
El hierro forjado normal contenía una gran cantidad considerable de escoria que
le daba una estructura fibrosa característica. Podía trabajarse y soldarse con
facilidad a temperaturas cercanas a su punto de fusión. Podía obtenerse en forma
de planchas, láminas, perfiles estructurales, barras y varillas y tubos
estándar y especiales.
Aceros al Carbono.
(acero dulce)
Las
diferencias en los procesos son el resultado de diferentes productos que se
distinguen en términos de costo, calidad y propiedades mecánicas. Los aceros al carbono forman más del 90%
de todos los aceros. Contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65%
de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre.
Entre los productos fabricados con aceros
al carbono encontramos la mayor parte de las estructuras de
construcción de acero.
Aceros de Baja Aleacion.
Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados
convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de
aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una
resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se
construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin
disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. Los aceros de baja aleación con contenidos de
carbono hasta 0,22% no presentan dificultad alguna para la soldadura. Por
el contrario un contenido mayor de C puede dar lugar a endurecimiento en la
zona del metal base afectada por el calor y como consecuencia a su
fragilización.
Aceros de Alta Aleacion.
En general, los aceros de este grupo tienen de 0,25 a 0,45 % de carbono, y como elementos de aleación se usan, principalmente, el cromo, el níquel y el molibdeno.
En la actualidad se fabrican diversos tipos de aceros al níquel, al cromo-níquel, cromo-molibdeno, manganeso- molibdeno, cromo-níquel-molibdeno, etc. La suma de los elementos de aleación no suele pasar del 5 %.
El uso de los aceros de gran resistencia se inició en los primeros años de nuestro siglo.
En cambio, desde los años de la segunda guerra, se ha marcado una tendencia a emplear esos aceros ricos y clásicos sólo para los casos de mucha responsabilidad, y a emplear, en cambio, para la mayoria de las aplicaciones aceros de triple aleación y bajo contenido en elemento de aleación.
ACEROS DE SEDIMENTACIÓN.
este reciben el nombre de aceros de cementación, un grupo de aceros de bajo contenido en carbono (variable generalmente de 0,50 a 0,25 %), que se utilizan para la fabricación de ciertas piezas de máquinas y motores al choque.
PRINCIPALES CLASES DE ACEROS DE CEMENTACIÓN.
Excepcionalmente cuando no interesa conseguir una gran tenacidad en el núcleo central se llegan a emplear, a veces, aceros hasta de 0,40 % de carbono.
Los aceros de cementación, de acuerdo con los elementos de aleación que contienen, se pueden clasificar en tres grupos: 1.° Aceros al carbono; 2.° Aceros de media aleación; y 3.° Aceros de alta aleación.
ACEROS DE NITRURACIÓN.
El contenido en carbono de los aceros de nitruración 0,250 y 0,50 %. En la nitruración las mayores durezas se consiguen con los aceros que contienen 1 % de aluminio aproximadamente. Con los aceros de 3 % de cromo.
Para realizarse la nitruración a temperaturas muy próximas a los 500° los aceros de nitruración contienen porcentajes de molibdeno, variables de 0,20 a 1 %.
Características mecánicas. La resistencia del núcleo central de las piezas nitruradas duelen variar de 75 a 130 kg/mm2, en algunas ocasiones hasta 150 kg/mm2.
La dureza superficial es variable y depende de la composición. Las piezas nitruradas tienen una excepcinal resistencia a la fatiga con poca sensibilidad a la influencia de las entallas. Esto es debido a ciertos esfuerzos de comprensión que se desarrollan en la superficie de las piezas.
Aceros inoxidables.
El acero inoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando unacapa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígenos son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos.
tipos de aceros inoxidables.
- Acero inoxidable extrasuave: contiene un 13% de Cr y un 0,15% de C. Se utiliza en la fabricación de: elementos de máquinas, álabes de turbinas, válvulas, etc. Tiene una resistencia mecánica de 80 kg/mm² y una dureza de 175-205 HB.
- Acero inoxidable 16Cr-2Ni: tiene de 0,20% de C, 16% de Cr y 2% de Ni; resistencia mecánica de 95 kg/mm² y una dureza de 275-300 HB. Se suelda con dificultad, y se utiliza para la construcción de álabes de turbinas, ejes de bombas, utensilios de cocina, cuchillería, etc.
- Acero inoxidable al cromo níquel 18-8: tiene un 0,18% de C, un 18% de Cr y un 8% de Ni Tiene una resistencia mecánica de 60 kg/mm² y una dureza de 175-200Hb, Es un acero inoxidable muy utilizado porque resiste bien el calor hasta 400 °C
- Acero inoxidable al Cr- Mn: tiene un 0,14% de C, un 11% de Cr y un 18% de Mn. Alcanza una resistencia mecánica de 65 kg/mm² y una dureza de 175-200HB. Es soldable y resiste bien altas temperaturas. Es amagnético. Se utiliza en colectores de escape.
Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el
contenido de carbono varía entre 2,14% y 6,67% (aunque estos porcentajes no son
completamente rígidos). Comúnmente las más usadas están entre los valores de
2,5% y 4,5%, ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor práctico
en la industria. Además de hierro y carbono, lleva otros elementos de aleación
como silicio, manganeso, fósforo, azufre y oxígeno.
Tipos de Fundiciones.
fundiciones grises
presentan el carbono en forma de grafito
laminar. Suelen estar aleados con silici (elemento muy grafitizante). una lenta velocidad de enfriamiento favorece la
formación de una fundición gris ya que la lentitud en las reacciones
favorece que se formen los constituyentes más estables: la cementita se
transforma en ferrita y grafito (grafitización).
Son fácilmente mecanizables ya que el grafito favorece la salida de la
viruta.
- fundiciones
blancas
- el carbono aparece en forma de cementita. La cantidad de silicio es mínima. Las velocidades rápidas de enfriamiento favorece
la formación de la cementita. Tienen una alta resistencia mecánica y dureza, pero
también gran fragilidad
(propiedades debidas a la cementita), por lo que son difíciles de mecanizar.
Fundiciones
maleables
Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el
tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a
rígidos controles y dan por resultado una micro estructura en la cual la mayoría
del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la
fundición blanca es dura, quebradiza y muy dificil de maquinar.
Fundición nodular
La fundición nodular,dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad.
PROPIEDADES
DE LAS FUNDICIONES. El empleo de la fundición para la fabricación
de piezas para usos muy diversos, ofrece, entre otras las siguientes ventajas:
Las piezas de
fundición son, en general más baratas que las de acero, y su fabricación es
también más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la
fusión a temperaturas relativamente poco elevadas, siendo menores que las
correspondientes a los aceros.
Las fundiciones son,
en general, mucho más fáciles de mecanizar que los aceros.
Se pueden fabricar
con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones y también piezas pequeñas
y complicadas, que se pueden obtener con gran precisión de formas y medidas,
siendo además en ellas mucho menos frecuentes la aparición de zonas porosas que
en las piezas fabricadas con acero fundido.
Para numerosos
elementos de motores, maquinaria, etc., son suficientes las características
mecánicas que poseen las fundiciones. Su resistencia a la compresión es muy
elevada (50 a 100 Kg. /mm²) y su resistencia a la tracción (12 a 90 Kg. /mm²)
es también aceptable para muchas aplicaciones. Tienen buena resistencia al
desgaste y absorben muy bien (mejor que el acero) las vibraciones de máquinas,
motores, etc., a que a veces están sometidas.
Su fabricación exige
menos precauciones que la del acero.
Como la temperatura
de fusión de las fundiciones
es bastante baja, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que en
general suele ser bastante fácil conseguir que las fundiciones de estado
líquido tengan gran fluidez, y con ello se facilita la fabricación de piezas de
poco espesor.
En la solidificación presentan mucha menos contracción que los
aceros y además su fabricación no exige como en la de los aceros, el empleo de
refractarios relativamente especiales.
En el caso particular
de la fundición nodular, posee excelentes características y en muchos casos
llegan a ser una gran competencia para el acero.
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