Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y EléctricaTEMA: Aceros, Alto horno, Diagrama hierro carbono Clase: Metales Ferrosos Catedrático. Dra. Sugeheidy Yaneth Carranza Bernal Alumno: Ing. Rubén Esaú Guajardo Hernández 0360325 01/10/2013 Alto horno Estas instalaciones reciben este nombre por su gran altura que suele estar en torno a los 30 metros. Un alto horno es un horno de cuba, formado por dos troncos de cono unidos por sus bases mayores. El tronco superior recibe el nombre de cuba, y el inferior se llama etalajes, la zona intermedia se llama vientre. La parte interior del horno está recubierta por material refractario y la exterior es de chapa de acero, entre ambas capas se dispone un circuito de refrigeración. El horno es alimentado con una mezcla de mineral de hierro, carbón de coque y fundente, generalmente piedra caliza. La proporción entre estas tres sustancias ha de ser 2Tm de mineral - 0,5Tm de coque - 1Tm de fundente. Mediante una cinta transportadora esta mezcla se lleva hasta una tolva situada en la parte superior del horno. La mezcla se va alimentando al horno a través de la parte superior, llamada tragante. En ella un mecanismo de trampillas permite la entrada de la materia prima evitando que escapen al exterior gases, humos y sustancias contaminantes. Los altos hornos operan en continuo. Esto quiere decir que la forma de trabajo no consiste en introducir la mezcla con los reactivos dejar que el horno funcione durante un determinado tiempo y que haya que detenerlo para extraer los productos. En un alto horno se introducen las materias primas solidas por la parte superior y los productos, más densos, se extraen por la parte inferior de forma continua. Esto hace que la mezcla de entrada vaya cayendo hacia zonas más bajas del horno y que sucesivamente vaya pasando por la cuba, el vientre y el atalaje. Por la parte inferior del horno se inyecta por unas toberas aire caliente. Este aire reacciona en la zona de etalajes con el coque, el coque se transforma en CO generando una temperatura de 1800ºC. Con esta temperatura la carga llega en la zona inferior del horno a la temperatura de fusión del hierro y debido a la diferencia de densidades entre el hierro y la escoria estos quedan separados en el fondo del horno, en una zona llamada crisol. El hierro fundido queda en la capa inferior del crisol y la escoria en la superior. Posteriormente se rompe (pincha) el tapón cerámico que obtura la piquera de arrabio y es sangrado el horno, extrayéndose el hierro de primera fusión, hierro colado o arrabio y a continuación la escoria. Imagen 7. uso industrial. El arrabio se vierte en grandes recipientes llamados cucharas, éstas pueden ser abiertas o cerradas (torpedo), que es un vagón semicerrado recubierto en su interior por ladrillos refractarios que mantienen el arrabio fundido, mientras es transportado hasta el horno de afino LD, donde le quitarán al arrabio las impurezas que todavía contiene y que lo hacen poco adecuado para el Las escorias obtenidas son empleadas en la fabricación de abonos agrícolas, como materia prima en la producción de cemento y en la fabricación de aislantes térmicos y acústicos. Hasta ahora hemos comentado como se separa el arrabio por la parte inferior del horno una vez que ya se ha formado. Pero recuerda que lo que hemos alimentado al horno no es el arrabio acompañado de escoria, por la parte superior del horno se ha alimentado un mineral de hierro. Lo que ocurre en las zonas superiores del horno (vientre y cuba) son procesos químicos complejos por los que el CO producido en la zona de etalajes reacciona con el mineral reduciéndolo y transformándolo a medida que la carga baja a través del horno en hierro metálico. Por la parte superior de la cuba salen unos gases provenientes de la combustión que tras ser filtrados, para quitarle impurezas, son empleados como combustibles en unos cambiadores de calor llamados recuperadores Cowper. El coque cumple tres papeles durante el proceso. a) Combustible, aportando el calor necesario para la fusión de la escoria y del metal. b) Soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma, dada su gran porosidad. la escoria es la sustancia residual que se genera en la reacción y que queda acumulada en la parte superior del crisol. Incorrecto. Arrabio es el hierro metálico que se acumula en el crisol Incorrecto. . coque y fundente Mineral de hierro. coque y fundente Mineral de hierro. El fundente cumple una doble función. pero por un lado es añadido al reactor por la parte inferior y por otra parte es un gas. fundente y aire caliente. Correcto Incorrecto. En la cuba y en el vientre. b) Reaccionan con los elementos que acompañan al mineral para formar la escoria. La mezcla sólida que se alimenta a un alto horno por su parte superior está compuesta por: Arrabio. El aire caliente es necesario para que se lleve a cabo el proceso. a) Reduce la temperatura de fusión del hierro. llamada etalajes.c) Reductor de los óxidos de hierro. coque. el arrabio no es un reactivo es el nombre que recibe el producto de la reacción. En un alto horno las reacciones en las que el mineral de hierro se transforma en hierro metálico tienen lugar en: En la parte inferior del horno. Mineral de hierro. coque y escoria. El siguiente esquema muestra con detalle las partes más importantes y el funcionamiento de un alto horno . La tragante está situada en la parte superior del horno y es el elemento a través del cual este es cargado. Incorrecto. Correcto.En el crisol En la tragante Incorrecto. en la parte inferior del horno el hierro se funde debido al calor liberado por la combustión incompleta del coque. Incorrecto. El crisol sólo sirve para almacenar el arrabio y la escoria fundida hasta que tiene lugar el sangrado del horno. . la reacción anterior se produce por dos reacciones sucesivas: . Colado: Proceso por el que se eliminan las impurezas y se reduce la cantidad de carbono presente en el arrabio para transformarlo en un acero apto para la actividad industrial. Acero: Aleación de hierro y carbono en la que el porcentaje de carbono no supera el 2%. Por otro lado contiene un porcentaje demasiado alto de carbono y por último todavía arrastra restos de óxidos de hierro. hay una conversión de todo el oxígeno en monóxido de carbono. Reacciones principales La primera consiste en reducir mediante el monóxido de carbono los óxidos de hierro presentes en el mineral de hierro. Todas estas sustancias hacen que las propiedades del producto no sean las deseables. En realidad. Es necesario pues tratar este hierro. Las impurezas eliminadas generan una escoria. Producción del agente reductor CO (monóxido de carbono): La reacción general es: (a) Dado el exceso de carbono y la temperatura. Por un lado contiene impurezas de elementos como Azufre o Silicio.Afino del acero El hierro colado o arrabio obtenido del alto horno es un producto que todavía no está listo para ser utilizado industrialmente. el proceso por el que esto se lleva a cabo se llama colado. Es la dismutación de monóxido de carbono en su dióxido además de grafito o su ecuación reversa:1 2 CO CO2 + C . la reacción de reducción de los óxidos de hierro es la siguiente: (d) El coque tiene dos funciones: Por la combustión. de los óxidos de hierro. Se consume el dióxido de carbono (CO2). Se trata de una reacción redox que se encuentra en equilibrio químico a una temperatura dada. se alcanzan temperaturas de 2200 °C.1050º C.(b) a continuación. se produce la regeneración del CO por la reacción de Boudouard (c) a una temperatura de alrededor de 1000 . La Reacción de Boudouard (denominado también Proceso de Boudouard) es una reacción química empleada para gasificar el carbón con dióxido de carbono y obtener monóxido de carbono. producido por la reducción de los óxidos de hierro (c) para regenerar el agente reductor (CO). se produce el agente reductor (a). (c) (reacción de Boudouard) A partir de ahí. sobre todo a la salida de las toberas. La reducción de los óxidos de hierro Los óxidos de hierro se reducen siguiendo la siguiente secuencia: La secuencia de la temperatura en la cuba es (desde arriba de la cuba en función de la temperatura): T > 320 °C (e) 620 °C < T < 950 °C (f) T > 950 °C (g) en el fondo de la cuba. denominada en honor del químico francés Octave Leopold Boudouard (1872–1923) que descubrió este proceso químico en el año 1905. La reacción es altamente exotérmica. el rojo la mena de mineral de hierro y el azul representa la chatarra de acero. Debido a las altas temperaturas de trabajo. perteneciente a una familia de cuáqueros («Quaker» sociedad religiosa) ingleses.Este equilibrio químico aparece frecuentemente en procesos como: altos hornos. En la actualidad existen dos métodos diferentes para realizar el colado del arrabio. Este sistema está formado por en una olla de acero recubierta en su interior con material refractario en la que se deposita el arrabio a tratar. la lanza se enfría continuamente a través de serpentines de agua interiores para evitar que se funda. lo que supuso un gran avance en la producción de hierro como material básico para la industria. Por un lado está el método convertidor LD y por otro el horno eléctrico. Creador del Alto Horno Abraham Darby (14 de abril de 1678 – 8 de marzo de 17171 ) fue el primero y más conocido de tres generaciones del mismo nombre. El amarillo representa el carbón. que son los ingredientes básicos en la fabricación de acero. CONVERTIDOR LD u Horno de afino de oxígeno básico. Veamos ahora cada uno de estos sistemas por separado. la generación del gas de alumbrado. Desarrolló un método de producción de hierro de gran calidad en alto horno alimentado por coque en lugar de carbón. A través de una lanza situada en la parte superior se inyecta oxígeno al recipiente. que representó un papel primordial durante la revolución industrial. . La carga y la descarga de la olla se hacen por la parte superior por lo que la olla está montada en ejes rotatorios que permiten su volcado. Terminado el proceso se inclina el horno para extraer la escoria. Normalmente el chorro de oxígeno contiene polvo de piedra caliza que sirve para eliminar impurezas. y estos sistemas están dimensionados para poder producir unas 275 toneladas de acero por hornada. se le pueden añadir los elementos que formarán las distintas ferroaleaciones. al tener menor densidad. o bien hacerlo más tarde cuando el acero afinado sea vertido en la cuchara. se hace descender en su interior la lanza de oxígeno hasta unos 2 m por encima de la carga. se sitúa en la parte superficial. Cuando el horno se ha cargado de arrabio procedente del torpedo y con chatarra seleccionada se coloca en posición vertical. Fuente propia Horno eléctrico . entre las que destaca el fósforo.Imagen 9. Una vez obtenido el acero afinado. El oxígeno reacciona con el carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacción que quema con rapidez las impurezas del arrabio produciendo una escoria. A continuación se inyectan en el horno gran cantidad de oxígeno a elevada presión. quedando abajo el acero afinado. El proceso tarda unos 50 minutos. Esta. Imagen 10. Una de las grandes ventajas que desde un principio se observó en estos convertidores fue su capacidad para aceptar hasta un 20% de "chatarra junto con la carga de arrabio líquido. La cantidad de oxígeno inyectada se puede regular con precisión. Si el precio de la chatarra es de 0. Con estos datos calcula: a) Potencia del horno expresada en w y en CV.En estos hornos el calor aportado procede de un arco eléctrico que se hace saltar entre unos electrodos de grafito y la superficie de la chatarra con que se carga el horno. la resistencia del metal al flujo de corriente genera calor. donde los parámetros que intervienen en el proceso son controlados rigurosamente con dispositivos automáticos. b) Energía eléctrica consumida en cada hornada. El afinado se produce en una cámara hermética. Las condiciones de afinado pueden ser estrictamente reguladas. se produce el 10% de escoria y el precio de la energía eléctrica es de 0. que junto con el producido por el arco eléctrico funde el metal con rapidez. lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. lo que evita oxidaciones no deseadas. Cada hornada produce en torno a 100Tm y el proceso tarda en torno a una hora. La carga es chatarra seleccionada. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza. porque su contenido en aleaciones afecta a la composición del acero afinado. para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas.08€/kg.12€/kwh. c) Precio del kg de acero producido si los elementos añadidos par las ferroaleaciones presentan un coste de 250 €. con una corriente eléctrica de 700kA. También se añaden otros materiales. EJERCICIO Un horno de afino eléctrico esta alimentado por una tensión de 900V. cuando se vierte a la cuchara el acero afinado. y en cada hornada se producen unas pérdidas del 10% en escoria V I m t 900 V 700 kA 120 Tm 55min = 3300s . produce 120Tm de acero cada hornada que transcurre en 55minutos. Los elementos adicionales para la aleación se introducen con la carga o después. como pequeñas cantidades de mineral de hierro y fundente. Los hornos eléctricos se emplean para producir acero inoxidable y aceros aleados de extraordinaria calidad que deben ser fabricados según especificaciones muy exigentes. 12 €/ kWh 250 € 12.8754 1.6 € El Costo de Energía se obtiene multiplicando la energía consumida por el precio del kWh Costo de Energía = (577.08 €/ Kg 10% 0.5 kWh c) En Primer lugar hay que calcular El Costo Total El Costo Total = Costo de Energía + Costo de Chatarra + Costo de Aditivos Costo de Aditivos 25 € El Costo de Chatarra se obtiene multiplicando la masa de chatarra por su precio por Kilogramo Costo de Chatarra = (120 * 103 kg) * (0.3 €+ 9.600 €+ 25 € = 9919.08 €/kg 9.Precio Chatarra Porcentaje Escoria Precio Energía Costo Aditivos Tasa de cambio Peso por Dólar Americano 25/09/13 Tasa de Cambio Dólar Americano por Euro 25/09/13 Tasa de cambio Peso por Euro 25/09/13 0.3 € Teniendo ya todos los costos de Producción El Costo Total = 69.3504 17.3 € .3599 a) Potencia consumida del horno viene dada por: Sustituyendo valores nos queda 7 900 V= 630000 KW = 630 MW = 844844 CV b) Energía eléctrica consumida viene dada por: Sustituyendo valores nos queda 7 9 = 2079000000 J= 2079 MJ = 577.12 €/kWh) = 69.5 kWh) * (0.3 € El Costo Total = 9919. 58272 USDll (12. El proceso consiste en dar forma a un objeto al verter el material líquido en una cavidad formada en un bloque de arena aglomerada u otro material que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido. .3504 USDll/€ 12.02272 USDll (12.1214768 USDll (12.625536 Costo de Energía = 69.11522 El Costo Total = 9.3504 USDll/€ 0.600 € (1.3 € 9.3504 USDll/€ 92 €/ 375.395.56406239072 Costo de Aditivos Costo de Chatarra Costo de Energía El Costo Total Costo Kg de Acero Euros 25 € 9.3504 USDll/€ 93. 1.02272 USDll 0.466.La masa total de acero producida es el 90% de 120 Tm por lo que tenemos 108 Tm de Acero por lo que al dividir El Costo Total por la masa producida de acero obtenemos el costo por Kg de Acero producido: 99 9 € 8 Costo de Aditivos 25 € 1.8754 Peso/ USDll) = $ 4346.8754 Peso/ USDll) = $ 166.8754 Peso/ USDll) = $ 1. Colada convencional Es uno de los procesos más antiguos que se conocen para trabajar los metales.8754 Peso/ USDll) = $ 172.9 9 € (1.963.600 € 69.914.205. Este proceso recibe el nombre de colada y puede hacerse de dos formas.466.395.205.6 USDll 12.73504 Costo de Chatarra= 9.914.2755 92 € (1.73504 $ 166.11522 $ 172.3504 USDll/€ 13.1214768 USDll Pesos $ 4346.84 USDll (12.9 9 € 92 € Colada Una vez afinado. Llega ahora el momento de transformar el producto obtenido y que todavía está fundido en láminas o piezas de acero sólido a partir de las cuales poder fabricar los objetos que sea necesario.2755 $ 1.58272 USDll 13. el acero se vierte sobre una cuchara recubierta de material refractario.84 USDll 93.56406239072 USDLL 375.625536 $ 1.6 USDll (12.3 €(1. convencional o continúa.8754 Peso/ USDll) = $ 1.963. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. varillas y barras de diferentes secciones y láminas o placas de varios calibres y longitudes. Colada continúa Cuando se requiere un material de sección constante y en grandes cantidades se puede utilizar el método de la colada continua. Por gravedad el material fundido pasa por el molde. . En este método el contenido de la cuchara se vierte en un crisol que mediante una válvula va suministrando una cantidad constante de arrabio sobre un molde con la forma requerida. Mediante un sistema de refrigeración por agua a medida que el acero se va alejando del punto de vertido se va convirtiendo en un material pastoso que adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado al hacerlo pasar por una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Es este un método muy útil para fabricar perfiles.2. más los metales que se añaden para mejorar sus propiedades. los cuales en las proporciones adecuadas modifican de modo significativo algunas propiedades del acero. proporcionando un revestimiento duro y mejorando la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. Se usa en los aceros rápidos para herramientas. Se utiliza para aceros refractarios. o incluso le añaden alguna que no poseía. . la inoxidabilidad. Se usa en aceros de construcción. Ya que aumenta la dureza y la resistencia a la tracción y la tenacidad de los aceros. ejes.. como émbolos. El acero es pues una aleación de hierro y carbono. Boro: aumenta la capacidad de endurecimiento superficial.Elementos de aleación del acero Como hemos visto en los puntos anteriores. aumenta la resistencia al desgaste. Estaño: es el elemento empleado para recubriendo láminas delgadas conformar la hojalata. en los de herramientas y en los inoxidables.. o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. actúa como desoxidante. mejorando la resistencia a la corrosión. Cromo: es uno de los más utilizados en la fabricación de aceros aleados. Aleación: Mezcla sólida homogénea de dos o más metales. Otra de las operaciones que se realiza durante la operación de afino consiste en añadir al acero determinados elementos metálicos. Molibdeno: aumenta la profundidad de endurecimiento del acero. De no tener manganeso. Manganeso: se añade para neutralizar la negativa influencia del azufre y del oxígeno. Se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste. Los elementos más habituales y la forma en que modifican las propiedades del acero son: Aluminio: se emplea como desoxidante en la fabricación de muchos aceros. y su tenacidad. Cobalto: disminuye la templabilidad. en los hornos de afino se consigue reducir la cantidad de carbono y eliminar las impurezas que contiene el arrabio y que harían que sus propiedades no fueran todo lo buenas que podrían llegar a ser.. mejora la templabilidad. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. los aceros no se podrían laminar ni forjar. Plomo: favorece la mecanización por arranque de viruta. cepillado. Tungsteno o volframio: mejora muy significativamente la dureza y la resistencia al desgaste. tracción y poder cortante en los aceros para herramientas. En esencia lo que hacen todos ellos es cubrir la pieza con una capa de material Imagen 15. Tratamientos superficiales El principal inconveniente que presenta el acero como material de trabajo es su tendencia a oxidarse cuando entra en contacto con la atmósfera o con el agua.. superficiales. es un elemento de gran importancia en la producción de aceros inoxidables. con el que se cubren las piezas y se evita su corrosión. Básicamente estos tratamientos son de tres tipos.. produce aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de las herramientas. Por ello normalmente el acero ha de ser sometido a tratamientos superficiales que combatan esta carencia. Galvanizado: recubrimiento superficial con zinc que se da al acero. Niquelado: similar al cromado. como la tortillería. se añade a los aceros porque mejora la maquinabilidad. Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero. (torneado. que o bien no se oxida o ya está oxidado pero no permite que la corrosión pase a capas interiores. Silicio: se usa como elemento desoxidante. Los tratamientos superficiales más habituales son: Cromado: recubrimiento embellecedor superficial para proteger de la oxidación. Vanadio: desoxidante. . taladrado. térmicos y termoquímicos.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte. Níquel: produce gran tenacidad. proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga. consiste en aplicar una capa superficial de óxido.. Zinc: es elemento empleado para producir acero galvanizado. Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero. porque aumenta la resistencia a la corrosión. Tratamientos del acero Dentro de este apartado vamos a hablar de los tratamientos a los que se puede someter una pieza de acero en estado ya sólido para mejorar alguna de sus propiedades. recocido y normalizado. automóviles. elevar la tensión de rotura. Posteriormente el material puede ser enfriado a diferentes velocidades. revenido. o para modificar los microconstituyentes del material. Hay distintos tipos de tratamientos térmicos que se aplican al acero (serán más profundamente tratados en Tecnología II):Temple. con ellos se consigue mejora la resistencia a la tracción. dependiendo de cuál sea este material se distinguen los siguientes tratamientos: . En estos procesos no hay ninguna aportación de elementos químicos nuevos al material base. barcos. Para conseguir distintas velocidades de enfriamiento. o se deja a la pieza en el interior del horno apagado a que se vaya enfriando. sometiéndoles a tratamientos termoquímicos. fin de homogeneizar el tamaño del grano. en calma o con agitadores. Tratamientos termoquímicos En ocasiones se demandan materiales que tengan propiedades contradictorias como es por ejemplo que presenten elevada resiliencia y dureza (cigüeñales. Tratamientos térmicos Mediante estos procesos se consigue modificar muy significativamente las propiedades mecánicas como dureza. En estos casos se modifica superficialmente la composición de los materiales sin que afecte a su composición interna. tenacidad y resistencia mecánica del acero. para ello se trata de que el alma de las piezas absorba los impactos y que la zona superficial sea la que acometa la dureza. levas. elevando la temperatura por debajo de la de fusión y en presencia de algún elemento que se difunda hacia el interior del material base de la pieza a tratar. Consisten en calentar el material a tratar hasta una temperatura inferior a la de fusión y mantenerlo en ella el tiempo suficiente como para que a lo largo de toda la pieza se alcance la misma temperatura. se somete al material a un baño en agua o aceite. usado en estructuras.…). Pintura: recubrimiento protector. según el tipo tratamiento que se quiera realizar. con el Imagen 16. Estos se llevan a cabo en recipientes herméticos. pistones. disminuir la acritud. y eliminar las tensiones internas. combinándose este elemento superficialmente con la pieza a tratar obteniéndose una extraordinaria dureza superficial. Cianuración: en este tratamiento se alcanzan temperaturas del orden de 850ºC y los elementos que se difunden son: cianuro sódico. Así por ejemplo si queremos obtener . Cementación con carbono: se suelen emplear sólidos como el carbón o líquidos como cianuro sódico (CNNa). esta da color a la pieza y la evita que la humedad y el oxígeno entre en contacto con el acero Pintura Mecanizado del acero Tras la etapa de colado hemos obtenido piezas de acero al que si se le han añadido los elementos adecuados se le habrán conseguido dotar de las propiedades que interesaba alcanzar. Nitruración con nitrógeno: se alcanzan temperaturas alrededor de los 500ºC y en el seno de una atmósfera de amoniaco (NH3). Uno de los grandes inconvenientes del acero es su tendencia a oxidarse cuando entra en contacto en el oxígeno y la humedad. Sin embargo la forma de estos bloques de acero muy raramente va a ser la que necesitemos en nuestro producto terminado. Los tratamientos superficiales consiguen recubrir la pieza de acero de una capa de material no oxidable que impide que la pieza que queda recubierta se deteriore. Pavonado consiste en cubrir la pieza de acero con una capa superficial de Automóviles. los átomos de nitrógeno se asocian con elementos constituyentes de la aleación como el cromo constituyéndose compuestos extraordinariamente duros. barcos y estructuras de puentes son frecuentemente cubiertas por una capa de . Sulfinización: se eleva a temperatura hasta 600ºC y se somete a la pieza a tratar a un baño de sales ricas en azufre. o gases como mezclas de monóxido de carbono y metano. En ocasiones después de un tratamiento termoquímico. cloro y carbonato sódico. se suele aplicar un temple superficial para aumentar la resiliencia de la pieza y disminuir sus tensiones internas. Hay varios tipos de tratamientos: false false false Cuando el acero se recubre de una capa superficial obtenemos un tipo de acero llamado acero Galvanizad . El óxido. produciéndose la deformación por medio de la compresión efectuada por la prensa. El método se basa en elevar la temperatura de los lingotes de acero hasta que sea posible la deformación del lingote por la acción de pares de cilindros a presión. Cuando las prensas además de deformar la pieza producen cortes sobre ella al proceso se le llama troquelación. conseguir las medidas adecuadas.fregaderas de cocina de acero. Se realiza a altas temperaturas que refavorecen la forjabilidad y mejoran las propiedades mecánicas del acero. La estampa está compuesta por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se desea conseguir. tras la colada. por el que se transforma un disco o pieza recortada en piezas huecas. Estampación: El material adquiere la forma de la cavidad de la estampa. Lo más habitual es que las piezas de acero. Embutición: es un proceso de conformado en frío. El paso a través de los cilindros va conformando el perfil deseado hasta Imagen 17. Las dimensiones del acero que se consiguen a través de estos métodos no tienen tolerancias muy ajustadas. sean sometidas a distintos procesos de mecanización para dotarles de la forma adecuada. Los procesos más comunes son: Laminación: Método utilizado para producir productos metálicos alargados de sección transversal constante. o bien partiendo de piezas previamente embutidas. . está claro que no va ser posible realizar un colado en continuo que nos de piezas de esa forma. pero los productos obtenidos en ellos presentan acritud y deben ser templados para mejorar sus propiedades. en los llamados trenes de laminación. Existen trenes de laminación en frío. Forja: Proceso en el cual se modifica la forma de los metales por deformación plástica sometiendo al acero a una impactos repetitivos. estirarlas a una sección menor con mayor altura. UNE 36065:2000 –UNE36811:1996) Tubos: se fabrican doblando una lámina de acero caliente en forma cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. Se consigue un ahorro energético pues el proceso de obtención de acero a partir del mineral de hierro supone un elevadísimo gasto de energía. La finalidad del reciclado de acero es doble: Se reduce el consumo de materias primas. Estos paquetes son transportados a las industrias que van . en España se aplican las normas (UNE 36068:1994. Acero corrugado: Este tipo de acero se utiliza fundamentalmente en construcción. puede ser reciclada utilizándose parar producir nuevos aceros. los bordes de la tira suelen solaparse y se hacen pasar entre un par de rodillos. Las barras de acero corrugado. están normalizadas. Este tipo de acero presenta una gran ductilidad. Imagen 19. La chatarra generada se prensa formando grandes paquetes compactos. Los tubos sin soldaduras se fabrican a partir de barras sólidas haciéndolas pasar entre un par de rodillos inclinados en el interior se sitúa una barra metálica con punta. Imagen 20. para fabricar hormigón armado y cimentaciones de obras.Imagen 18. llamada mandril. la presión de los rodillos basta para soldar los bordes. en los tubos más pequeños. Se trata de barras de acero con resaltes que mejoran la adherencia con el hormigón. que perfora las barras y perfora el interior del tubo mientras los rodillos forman el exterior Reciclaje del acero Sin embargo la chatarra es un recurso importante. y una gran soldabilidad. Antes de pasar a estudiar que es un diagrama de de equilibrio y el diagrama hierro-carbono en particular. los camiones que transportan la chatarra a las industrias tienen que pasar por arcos detectores de radioactividad. Sistemas homogéneos: Sistemas formados por una única fase (monofásicos). siempre que sea posible. Diagrama de aleación hierro-carbono El diagrama de aleación hierro-carbono es un tipo de diagrama de equilibrio que nos permite conocer el tipo de acero que se va a conseguir en función de la temperatura y la concentración de carbono que tenga presente. Mezcla: Porción de materia formada por dos o más sustancias diferentes. Al ser muy alto el consumo de electricidad. a continuación son incorporados al proceso siderúrgico de producción de acero. Se estima que en la actualidad la chatarra reciclada representa más del 40% de las necesidades de acero en el mundo. es imprescindible que tengas claros unos cuantos conceptos: Estado de agregación: Cada una de las tres formas en que se puede presentar la materia. Los estados de agregación son tres: sólido. el funcionamiento del horno de fundir debe tratar de programarse en las horas valle de consumo. . En la entrada de las plantas de reciclaje. En el proceso de reciclado es necesario respetar las normas sobre prevención de riesgos laborales y las de carácter medioambiental.a reciclar el metal y allí son fundidos en hornos especiales. Fase: Cada una de las partes macroscópicas de composición química y propiedades físicas homogéneas que forman un sistema. líquido y gaseoso. Sistemas heterogéneos: Están formados por varias fases. producido en hornos eléctricos. fases distintas. Austenita o hierro Hierro (delta): Red cúbica centrada en el cuerpo. Estas formas alotrópicas tienen diferentes propiedades y el acero adoptará unas u otras en función de cual sea la composición y la temperatura de la mezcla. por lo tanto. . Ferrita o hierro Hierro (alfa): Sistema cúbico. Es una sustancia dura y frágil que no puede ser laminada ni forjada. Esa información se encuentra en el diagrama hierro-carbono. Un diagrama de equilibrio de una mezcla es un gráfico que representa las diferentes fases y estados de agregación en que van a presentarse los componentes de un sistema en función de la temperatura y de la concentración de cada uno de los componentes de la mezcla. Por ejemplo. (gamma): Sistema cúbico centrado en las caras. En función de la utilización que se quiera hacer del producto resultante habrá que conseguir que la forma o las formas alotrópicas producidas sean unas u otras. El eje horizontal que representa la cantidad de carbón en la mezcla toma valores crecientes hasta el 6. el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono. (beta): Similar al alfa pero no es magnético. son. la mezcla está en fase líquida y es homogénea. imanes permanentes. La temperatura se representa en el eje vertical (ordenadas). Hay que tener en cuenta que en una mezcla de acero es posible encontrar los siguientes estados y formas alotrópicas: Acero líquido: Mezcla de hierro y carbono a muy alta temperatura.67%. sin embargo ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido). el porcentaje de carbono se representa en el eje horizontal (abscisas).Puede parecer que fase y estado de agregación de la materia son sinónimos. La posición de un una mezcla de acero en el diagrama de hierro-carbono queda definida por su temperatura y el tanto por ciento en masa de carbono que tiene la mezcla. Cementita (Fe3C): Sólido formado por el exceso de carbono en la mezcla (la cantidad que está en exceso sobre la solubilidad y que no puede ser disuelta en la mezcla). En el caso del diagrama de aleación hierro-carbono se trata de un diagrama de equilibrio en el que se representa el comportamiento de la aleación de hierro y carbono en función del porcentaje de carbono contenido en la mezcla y de la temperatura. sin embargo no lo son. vamos a explicar las más importantes. Copyright Como se puede observar es un diagrama complejo en el que pueden distinguirse muchas zonas. En primer lugar vamos a colorear cuatro sectores.El diagrama hierro-carbono tiene la forma: Imagen 24. . esiu. esto es algo que se escapa a los objetivos del curso. En el resto de las zonas tendremos una mezcla entre las fases indicadas en el gráfico. Sería posible calcular para una composición y una temperatura determinada el porcentaje de cada una de las fases presente en la mezcla. Dentro de la zona verde el acero está en estado líquido. Cuando un acero está dentro de zona amarilla nos encontremos con una sustancia sólida formada exclusivamente por austenita.Imagen 25. . Recursos propios. Las cuatro zonas coloreadas representas las únicas cuatro zonas en las que el acero obtenido está formado por una única fase. La pequeña zona naranja también con bajo contenido en C pero a temperaturas menores (en torno a los 700ºC) se encuentra en fase sólida y está formada por ferrita. modificación de la imagen 24. La pequeña zona azul correspondiente a aceros con un muy bajo contenido en C y temperaturas en torno a los 1400ºC se corresponde con una única fase sólida de acero . Recursos propios.Dentro del gráfico destacan por su importancia una serie de puntos que aparecen dibujados en rojo en la siguiente imagen:: Imagen 26. es el punto en que se produce el cambio de estado para una única temperatura.89% de carbono y a 723ºC. característica del eutéctico.3% de carbono y a 1130ºC. “S” Eutectoide para una concentración de 0. “A” Representa el punto de fusión del hierro puro se produce a 1539ºC “C” Eutéctico para una concentración de 4. en ese punto se forma el constituyente del eutectoide. formándose el constituyente ledeburita. Por debajo de esta temperatura es imposible encontrar austenita como microconstituyente de los aceros. Por debajo de esa temperatura es imposible encontrar ninguna aleación en estado líquido. que es la perlita. modificación de la imagen 24. . Debido al elevado porcentaje de carbono que poseen las aleaciones. mientras que se llaman hipereutécticas a las fundiciones que tienen entre un 4.… Por debajo de que temperatura es imposible encontrar una aleación que contenga acero en fase líquida: Consulta las características del eutéctico. y los que contienen entre un 0.76 % de carbono. éstas son muy duras y frágiles. 1030 ºC 1130 ºC 1230 ºC El acero es un sólido. se suelen emplear para obtener piezas por moldeo. Entre las líneas de liquidus y solidus la aleación se encuentra en una zona bifásica donde coexisten la fase líquida y la fase sólida.3%. Los aceros con un contenido en carbono inferior al 0. aleadas y especiales.76 y 4. no puede estar en fase líquida. Correcto .89 y un 1. a la izquierda del diagrama A-C-E) y (líquido y cementita la derecha del diagrama D-C-F). por lo que son difíciles de mecanizar. Pueden ser. aunque con microconstituyentes diferentes (líquido y austerita. las carcasas de los motores. De igual forma las fundiciones hipoeutécticas son las que tiene un contenido de carbono entre 1. las características de las fundiciones dependen tanto de su composición en carbono como del proceso de fabricación. Se fabrican de fundición las bancadas de las máquinas. de las fundiciones. y con más de un 1.3 y un 6. Por debajo de la línea de solidus (A-E-C-F) la aleación solo se encuentra en estado sólido.67% de carbono. Por encima de la línea de liquidus (A-C-D) la aleación solo se encuentra en estado líquido. Por otro lado y según el contenido de carbono el diagrama hierro-carbono se divide en dos partes: aleaciones con menos del 1.89% se llaman aceros hipoeutectoides. ordinarias.76 % de carbono que corresponde a los aceros.76% de carbono se llaman aceros hipereutectoides. Una mezcla de cementita y acero líquido Correcto Clasificación de los aceros Los aceros se pueden clasificar en función de varios criterios.76% El contenido en C es superior al 1.76% e inferior al 4. El contenido en C es superior al 1.3% El contenido en C es inferior al 4. será: Para contestar esta cuestión debes consultar los diagramas hierro-carbono que se presentan en la parte superior de la página.5% a una temperatura de 1200ºC. Así cuanto mayor sea el porcentaje de carbono .Una mezcla de acero líquido y austenita . esto da lugar a varias clasificaciones.Acero líquido.Una mezcla de austenita y cementita . .3% Correcto Una aleación de hierro y carbono con un contenido de C del 3.Las fundiciones hipoeutécticas son las que: No contienen una cantidad significativa de carbono. . la más utilizada de todas ellas es la clasificación en función del porcentaje de carbono disuelto: El porcentaje de carbono disuelto en el acero condiciona las propiedades del mismo. 40 .1 a 0. Se consideran aceros no aleados aquellos en los cuales el porcentaje de elementos químicos que forman el acero no supera el valor indicado en la siguiente tabla: Contenido límite para aceros no aleados Elemento Aluminio Bismuto Boro Cobalto Cobre Contenido 0.6 0.3 0.10 0.5 a 0.7 Resistencia a tracción (kg/mm2) 35 45 55 65 75 85 Por otro lado es posible hablar de aceros aleados y aceros no aleados.disuelto en el acero.4 a 0.2 0.4 0.10 0.5 0.6 a 0. éste presenta más dureza y más resistencia a la tracción.3 a 0.0008 0.10 0. Teniendo esto presente es posible clasificar los aceros en: Nombre del acero Extrasuave Suave Semisuave Semiduro Duro Extraduro % de carbono 0.2 a 0. 30 1.05 Aquellos aceros que tienen mayor porcentaje de los indicados en las tablas son requeridos para utilizaciones especiales. C.10 0.Cromo Manganeso Molibdeno Novio Níquel Plomo Silicio Titanio Vanadio Volframio Lantánidos Otros excepto (P.60 0.30 0.05 0.40 0.60 0.05 0.10 0. N y O) 0. y están recogidos en las normas UNE Clasificación de los aceros según NORMA UNE 36010: Serie Grupo Propiedades /Aplicaciones .08 0.05 0. Inoxidables. tubos y perfiles. Resistentes al calor. Propiedades: Aceros aleados y sometidos a tratamientos térmicos.3 y 4. Con propiedades magnéticas.Finos para construcción. De usos generales. de baja radiación. tenacidad. De fácil soldadura. Aplicaciones: 1 y 2. 5. 4. 3. 1. 2 y 3. Finos al carbono. Para maquinaría de trabajos más pesados. instalaciones sanitarias. 3. piezas en ambientes corrosivos. 5. resistencia al desgaste y a la deformación por calor. 3 y 4. 1. De moldeo inoxidables. 3. Aplicaciones: en construcción Propiedades: Son aceros aleados o tratados térmicamente. 5 Para trabajos de desbaste y mecanización rápida. para poder ser vertidos en moldes de arena. Aplicaciones: Piezas de forma geométrica tortuosa. piezas de motores de explosión. 5. De nitruración. en general piezas sometidas a corrosión y temperatura. herramientas. 1. 2. solo se distinguen de los demás aceros por su moldeabilidad Para usos especiales. Cuchillería. dureza. Uniones entre materiales distintos sometidos a elevadas temperaturas. Con dilatación térmica especial. Propiedades: Maleables. Resistentes a la fluencia. Aleados para De moldeo. Tortillería. Instalaciones químicas y refinerías. Propiedades: Las debidas a la adición de cromo y níquel. De fácil mecanización. Aleados de gran elasticidad. Aplicaciones: 1. 4. 2 y 3. Propiedades: No aleados. pero resisten mejor los choques. 1. Maquinaría de trabajos ligeros. máquinas hidráulicas. más duros cuanto más carbono. 2 y 3. Rápidos. Núcleos de transformadores y motores eléctricos. Para herramientas. Aplicaciones: 1. 1. 2. De cementación. Al carbono. . carpintería y agrícola. 2. Aleados de gran resistencia. 7. Hornos. 2. 5 y 6. 4. Resistentes a la oxidación y la corrosión. Cuando tienen cabeza para el destornillador se llaman tornillos y cuando no la tienen reciben el nombre de bulones. en ese caso las chapas de acero reciben el nombre de hojalatas. El recubrimiento también puede ser de estaño. Otro tipo de tornillo es el que se aplica en las maderas. 2. En ocasiones se recubren de un baño de otro metal para mejorar sus propiedades.Formas comerciales Las diversas formas comerciales clasificarse en cuatro grupos: empleadas en construcción pueden 1. Barras y perfiles. Los clavos constan de un cuerpo cilíndrico liso. Tienen un espesor que puede oscilar desde los 5 mm llegando a los 25 mm. Los pernos se conocen por bulones y tornillos. Los roblones. 3. llamados escarpias y las tachuelas . pernos y clavos. en casquete esférico. de cabeza perdida. completados por una tuerca y una arandela. Los perfiles laminados tienen particular interés en la construcción por ser destinados a la fabricación de estructuras resistentes. 1. Los bulones constan de un cilindro fileteado en casi toda su longitud y una cabeza fija. el cuerpo a partir de ella es cilíndrico y luego cónico fileteado. con la cabeza como las del anterior. están formados por un cuerpo cilíndrico y una cabeza con forma de media esfera. en el otro extremo del cilindro se remacha la cabeza en caliente una vez colocado en la pieza. todos los perfiles empleados en España deben ser importados. Tienen un longitud de 2 metros ondulados con una parábola. Existe también una variante en forma de L. 2. llamados también remaches. de casquete esférico. terminando en punta. terminado en punta en un extremo y una cabeza. de gota de sebo o de cabeza perdida. 3. Cuando el rubrimiento es de zinc se obtiene un acero galvanizado. También llamadas palastros. Roblones. Chapas. pero también se utiliza con motivo decorativo en muchas construcciones. la chapa perforada es un producto de gran utilidad por favorecer el filtrado y la ventilación. Suele estar disponible en diferentes formatos. aunque el más extendido es el de 2000 x 1000 mm. Chapas de acero también llamadas palastros.catedu. 8. Flejes y planos. En sus distintas variedades son usadas para la conducción de líquidos. cuadrada y rectangular. Sus corrugas le hacen idóneo para adherirse al hormigón. 4. la longitud normal de las barras es de 6000 mm. y en diámetros desde 6 mm. estas formas comerciales son algunas de las más utilizadas. 3.es/44700165/aula/archivos/repositorio//1000/1092/html/index. se puede encontrar en longitudes de 6000 mm. galvanizada o industrial. se usa como refuerzo en pilares. pulida. IPE. es el producto más utilizado en construcción. en cualquiera de sus variedades. y su gama oscila entre las medidas 10 x 10 mm y 40 x 40 mm. 1. 2. decapada. bastidores. soportes. naves industriales o chasis de maquinaria. no son aptos para usarlos en conducción. 7. al igual que el redondo comercial. es un redondo laminado liso. Barra redonda comercial. negra. son los perfiles que se utilizan en la construcción para las estructuras de edificios. marcos. jácenas y es la base para la fabricación de los mallazos electrosoldados. La gama de productos elaborados en acero que se pueden encontrar en el mercado es muy extensa a continuación indicamos los más empleados por la industria. 10. 9. los largos de estas son de 6000 mm. Barra redonda corrugada. (UES y TES).Chapas perforadas. 5.html . Barra cuadrada comercial. Perfiles estructurales IPN. Alambres y cables se fabrican como redondos continuos recogidos en bobinas ya que el hacer es dúctil y se fabrican en trenes de trefilado. hasta 50 mm. se emplean como sirgas y tirantes. aunque se les llame tubos. 6. gases e incluso algunos sólidos.de cabeza chata y cuerpo cónico o piramidal. Tubería para conducciones. 4. Están disponibles en una amplia variedad de perforaciones y diferentes calidades http://e-ducativa. o pletina. conocido también por llanta. sus usos están enfocados a la construcción de. Se fabrican con alambre de acero estirado en frío y sin recocer. UPN y HEB conocidos como vigas. estanterías. es otro de los productos de gran consumo. Formas angulares. Todas se fabrican en longitudes de 6000 mm. Tubería perfilada redonda. se encuentra en una amplia gama de secciones. Bronze 1 2 500° 510° 520° 530° 540° 550° 560° Spotted red-brown . 2 450° 460° 50 54 62 Deep straw-yellow 1 1.Hardness Rockwell C English Color Text Clear . 2 1.As fully hardened Pale yellow 2 Fahrenheit 100° 420° Color Celsius 38° 216° 221° 227° 232° 238° 243° 249° 254° 260° 266° 271° 277° 282° 288° 293° 299° SAE SAE SAE SAE 1040 1050 1070 1095 54 51 59 55 64 59 67 63 Very pale yellow Light yellow 1. 3 1 3 480° 490° 58 49 53 61 . Purple 2 3 Full purple . 3 470° 3 Dark yellow . 2 1 430° 3 . Straw 1 440° 3 Pale straw-yellow . 2 52 48 57 60 . Straw Straw-yellow 1. 3 1 47 51 56 59 Dark blue . Dark Brown 2 Brown with purple spots Light purple 1 1. Purple Dark purple Full blue 1.Steel Temper Colors Plain Carbon Steel Only . Orange Brown-yellow 1. Light orange Yellow-brown . Blue Dark blue Pale blue Light blue 2 1 2 570° 58 590° 310° 46 610° 321° 50 55 3 2 . London England.I. 3 Metals for Engineering Craftsman.R.. . For true colors a sample should be made of polished steel.1Rc @ +/-5°F of published data.O. An increase in carbon or manganeses makes deeper hardening steel and less makes it slightly softer and not as deep hardening. Note that maximum hardness and tempered hardeness vary as much as 2 points Rockwell depending on the chemistry of the steel within its specification range. The colors as represented do not show the metallic luminosity of the bright steel surface on which the colors are transparently overlaid. Temperatures given at tens and fives in Celsius. 18th Edition. Example: Purple = 275°C / 545°F 4 ASM Heat Treaters Guide. 1977. 1970. Skipjack Press. 1 Machinery's Handbook. Hardness data compiled from graphs by author September 2006 using this and other references in agreement. Colors represented here are approximations and at best require a millions of color computer monitor adjusted correctly to view them. Jack Andrews.Greenish blue . Industrial Press (Color text the same from 5th to 20th Editions with exception of the addition of Light blue at 640°F) 2 Edge of the Anvil.A. rounded to nearest degree.S. Grey Light blue Steel grey 1 2 3 630° 640° 650° 700° 750° 332° 338° 343° 371° 400° 427° 482° 538° 45 54 57 2 44 42 40 38 35 30 47 46 44 42 37 32 53 51 50 47 43 36 56 54 52 49 44 39 Steel grey 800° 900° Lowest visible red English Colour Text 1000° Fahrenheit Colour Celsius SAE SAE SAE SAE 1040 1050 1070 1095 Converted temps. Hardness +/. Printed the colors above may or may not print as they are HTML "background". C. 981.Revised June 26. 28. September 2006 added hardness data.697 / 8. 2003.534 .