Un recorrido por los procesos de conformación de las aleaciones

1. TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES
UNIDAD 3: ALEACIONES

2. REPASO
Metalurgia.
Proceso de
extracción y
transformación de
los metales a partir
de los minerales.
Alto horno
Fe hierro, Al aluminio, Cr
cromo, Cu cobre, Mg
magnesio, Ni níquel, Ti
titanio, Zn zinc
MENA + GANGA
mena esfalerita (ZnS), galena (PbS) y calcopirita (CuFeS2) y
los minerales de ganga cuarzo (SiO2) y calcita (CaCO3).
Fe hierro, Al aluminio, Cr cromo, Cu
cobre, Mg magnesio, Ni níquel, Ti
titanio, Zn zinc

3. ESFALERITA (ZnS) + CUARZO (SiO2)

4. ARRABIO SANGRADO ESCORIA

5. Metalurgia.
Proceso de extracción y
transformación de los
metales a partir de los
minerales.
PELLETS

6. SIDERURGIA
Técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener
diferentes tipos de este o de sus aleaciones tales como el acero.
•Óxidos → hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4)
•Hidróxidos → Limonita
•Carbonatos → Siderita o carbonato de hierro (FeCO3)
MINERALES: MENA + GANGA
METALURGIA
ARRABIO + ESCORIA
PELLETS de Fe al 97%
Se han utilizado como
metal para
pavimentación y como
una forma barata y
duradera de fortalecer
las paredes o se lo
vuelve a tratar para
obtener otro material.

7. El acero es una aleación de hierro y carbono.
Se produce en un proceso de dos fases.
El Hierro es reducido o fundido con coque y piedra pómez.
Fundición
Aceración
Antiguo Horno Bessemer- 1851

8. HORNO DE ARCO ELÉCTRICO (Electric Arc Furnace) El horno de arco eléctrico se carga principalmente con chatarra y/o scrap, se funde mediante la energía
del arco eléctrico generado entre los electrodos de grafito y la carga metálica conductora. El calentamiento alcanza una temperatura de 3800 °C por lo que es
posible agregar elementos de aleación de alto punto de fusión como el tungsteno (W) y molibdeno (Mo). La utilización del EAF generalmente se usa para la
fabricación de aceros de alta aleación o aceros de alto grado.

9. El hierro fundido que es moldeado como arrabio
La segunda fase, la de aceración, tiene por objetivo reducir
el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral
y eliminar las impurezas tales como azufre (S) y fósforo (P).
Se agregan al mismo tiempo que algunos elementos
como manganeso, cromo, níquel, hierro o vanadio en forma
de ferro-aleaciones para producir el tipo de acero
demandado.
En las instalaciones de colada y laminación se convierte el
acero bruto fundido en lingotes o en desbastes cuadrados
(blooms, palanquillas) o planos (slabs) y posteriormente en
perfiles o chapas, laminadas en caliente.

10. ALEACIÓN
“Se trata de una mezcla sólida,
homogénea de dos o más metales, o
de uno o más metales con algunos
elementos no metálicos. Ej: Acero”.
Solidificación de los metales puros y
de las aleaciones:
 En los metales puros, la
solidificación, generalmente, ocurre
a temperatura constante.
 Solidificación de metales puros:
curva de enfriamiento.
FASES DEL MATERIAL

12. No hay una fórmula química para el acero.
No se trata de una molécula o de un enlace iónico.
El acero es una aleación de hierro con carbón y varios
otros elementos.
Cada grado de acero es como una receta de cocina.
Algunos ejemplos de composiciones de acero (agregar
hierro hasta completar el 100%):
Ejemplos
Grado B (acero al carbón): Carbono 0.3%max,
Manganeso 1.2% max, Fósforo 0.05% max, azufre
0.045% max
Grado P5 (baja aleación): Carbono 0.15%max,
Manganeso 0.3–0.6%, Silicio 0.5% max, Cromo 4–6%,
Molibdeno 0.45–0.65%, Fósforo+Azufre 0.025% max.
Grado 316 (inoxidable): Cromo 16–18%, Níquel 10–
14%, Molibdeno 2–3%, Manganeso 2%max, Carbono
0.08%max, Silicio 0.75%max, Fósforo 0.045%max.
Ej.(bisturí)

13. FASES
Cada una de las sustancias o elementos
químicos que forman un sistema
material sedenomina componente.
En el acero => el hierro y el carbono
A cada una de las partes homogéneas de
un sistema que se diferencia físicamente
del resto, se la llama Fase. En el agua, por
ejemplo:
 Fase sólida (hielo)
 Fase líquida (líquido)
 Fase gaseosa (vapor)
Las fases (que se las indica con letras
griegas) no tienen que estar formadas
por elementos químicos puros.
Acero
(Fe 95-99%) + C
C
Fe

14. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES (mezclas)
Mediante estos diagramas se puede determinar la
composición o porcentaje de cada fase para una
concentración y temperatura determinadas de los
materiales que intervienen en la aleación.
ACERO LÍQUIDO
Mezcla de hierro y carbono a muy alta
temperatura, la mezcla está en fase
líquida y eshomogénea (Liquidus).
DIAGRAMA DE ALEACIÓN HIERRO – CARBONO

15. En este tipo de mezcla es
posible encontrar los
siguientes estados y formas
alotrópicas (presentación bajo
estructuras moleculares
diferentes)
En el hierro puro se distinguen cuatro estados
alotrópicos:
1.Hierro Alfa (cristaliza en sistema BCC)
2.Hierro Beta (cristaliza en sistema BCC)
3.Hierro Gamma (cristaliza en sistema FCC)
4.Hierro Delta (cristaliza en sistema BCC)

16. FERRITA O HIERRO (alfa)
Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el
cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas. Se
emplea en la fabricación de imanes, aleados con
cobalto y bario, en núcleos de inductancias y
transformadores con níquel, zinc o manganeso.
A temperaturas inferiores a los 768ºC, el hierro cristaliza en el sistema
cúbico centrado en el cuerpo (BCC).
En estas condiciones, no disuelve el carbono y tiene carácter magnético.
La máxima cantidad de carbono que pueden disolver el Fea es de 0.025 %
y tiene muy poca capacidad para constituir soluciones sólidas ya que los
huecos interatómicos disponibles son muy pequeños.
A este microconstituyente estable se llama ferrita.
HIERRO (BETA) NO ES MAGNÉTICO CRISTALIZA BCC

17. AUSTENITA
O HIERRO GAMMA
Sistema cúbico centrado en las
caras (FCC). Esta es la forma
estable del hierro puro a
temperaturas que oscilan,
aproximadamente, entre los
900ºC a 1400ºC. Está formado
por una disolución sólida del
carbono en hierro. Es dúctil,
blanda y tenaz.

18. HIERRO (delta)
Cristaliza en red
cúbica centrada en el
cuerpo.
Se forma entre los 1400 y 1539ºC.
Cristaliza en red cúbica centrada
de cuerpo (BCC).
Debido a que aparece a muy
elevadas temperaturas, tiene poca
trascendencia en el estudio de
los tratamientos térmicos y no se
emplea en siderurgia.

19. CEMENTITA (Fe3C, Carburo de hierro)
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). Es una sustancia dura
y frágil que no puede ser laminada ni
forjada. Tiene, aproximadamente, un 6,67%
en peso de carbono. Si bien la composición
química de la cementita es Fe3C, la
estructura cristalina es del tipo
ortorrómbica con 12 átomos de hierro y 4
átomos de carbono por celda.

20. Diagrama Hierro-Carbono.

21. Zona verde: el acero está
en estado líquido.
Zona amarilla: nos
encontramos con una
sustancia sólida formada
solo por austenita.
Zona azul: corresponde a
aceros con un muy bajo
contenido en C y
temperaturas en torno a
los 1400°C y se
corresponde con una
única fase sólida de
acero.
Zona naranja: también
con bajo contenido en C
pero a temperaturas
menores (alrededor de
los 700°C) se encuentra
en fase sólida y está
formada por ferrita.
En el resto de las zonas
tendremos una mezcla
entre las fases indicadas en
el gráfico.

22. Por arriba de la línea de
liquidus (A-C-D) la aleación
solo se encuentra en estado
líquido.
Por debajo de la línea de
solidus (A-E-C-F) la aleación
solo se encuentra en estado
sólido Entre las líneas de
liquidus y solidus la aleación se
encuentra en una zona bifásica
donde coexisten la fase líquida y
la fase sólida, aunque con
microconstituyentes diferentes:
líquido y austenita, a la
izquierda del diagrama A-C-E
líquido
cementita, la derecha del
diagrama D-C-F.

24. INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CARBONO SOBRE LAS
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS ACEROS
Es el principal producto siderúrgico, aproximadamente
90% de la producción mundial deacero es acero al carbono y el 10% acero aleado.
El término “acero aleado” es el
termino referido a aceros con otros
elementos aleantes además del
carbono, que pueden ser el
manganeso (el más común), níquel,
cromo, molibdeno, vanadio, silicio,
boro, etc. Aleantes menos comunes
pueden ser el aluminio,cobalto,
cobre, cerio, titanio, tungsteno,
estaño, zinc, plomo, zirconio
Además del hierro y carbono, hay en él otros
elementos cuya presencia se debe, por ejemplo:
 Los procesos de su producción
(manganeso y silicio).
 O la dificultad de excluirlos
totalmente del metal (azufre,
fosforo, oxigeno, nitrógeno e
hidrogeno).

25. Alto contenido de Carbono Bajo contenido de Carbono
Dureza y resistencia a la tracción elevadas Dureza y resistencia menor
Baja tenacidad y elasticidad Alta tenacidad y elasticidad

26. CONFORMACIÓN MECANICA DE LOS PRODUCTOS FERROSOS

27. TREFILADO

28. FORJADO: Deformación
controlada de un metal
hasta una forma final
mediante la aplicación de
presión (Prensas) o de
impactos sucesivos
(Martillos).
PRENSAS
MARTILLOS

30. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

32. RECOCIDO: Se puede entender al recocido como el
calentamiento del acero por encima de las temperaturas
de transformación a la fase austenítica seguida de un
enfriamiento lento.

33. TEMPLADO
El templado es un tratamiento térmico al
que se somete al acero, a piezas o masas
metálicas ya conformadas en el proceso de
mecanizado. Se calienta el acero a una
temperatura (la temperatura de temple es
tanto más baja cuanto más se aproxima el
acero a la composición eutectoide), entre
700ºC y 1000ºC (llevándolo a Austenita).
Los medios de enfriamiento
Agua
 Aceite animal, mineral, vegetal
 Soluciones salinas
Los Factores que más influyen en el Templado son:
 Tamaño de la pieza
 Su composición
 Contenido de carbono
 Aleantes
 El medio de enfriamiento adecuado
Aumenta la dureza (en el acero templado, los
átomos de carbono se insertan en la red cristalina del
hierro, produciendo una distorsión de la red cúbica
del hierro que da origen a una red tetragonal la cual
le confiere al acero altos niveles de dureza,
relacionada con su contenido de carbono),
resistencia mecánica y la fragilidad.
Disminuye la conductividad eléctrica.

34. REVENIDO
Es el tratamiento térmico efectuado sobre un
producto templado con el fin de obtener
modificaciones que le confiera las características
de uso deseadas.
TEMPLADO + REVENIDO => BONIFICADO

35. NORMALIZADO:
Proceso de subsanar
imperfecciones.
Sobrepasa
temperatura límite y
con enfriamiento
rápido.
 Aumenta la tenacidad.
 Aumenta la ductilidad.

36. NITRURACIÓN
Es un tratamiento termoquímico de enriquecimiento
superficial, con nitrógeno y amoníaco. Serealiza a
temperaturas de, aproximadamente, 500° C
(temperaturas mayores harían que el nitrógeno no
quede fijado a la pieza sometida a este proceso). Se
aplica normalmente en piezas de acero previamente
templado y revenido (bonificado).
Ventajas de la nitruración
 Incremento de la dureza superficial de las
piezas, (La nitruración permite obtener una
capa superficial de elevada dureza (700-
1000 HV, Dureza Vickers, ejemplos de
Normas de determinación: ISO 6507 y ASTM
E384).
 Aumenta la resistencia a la corrosión.
 Alta resistencia a la fatiga.

37. CONTINUAREMOS EN EL PRÓXIMO ENCUENTRO
MUCHAS GRACIAS