Unidad ii aleaciones ferrosas

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Clasificación de aceros

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Unidad ii aleaciones ferrosas

  1. 1. WWW.INACAP.CL ALEACIONES FERROSAS
  2. 2. WWW.INACAP.CL ALEACIONES FERROSAS Aceros Aleación entre Fe y C con un contenido de C inferior al 2%. Al carbono Fundiciones Aleación entre Fe y C con un contenido de C entre el 2% y 4%. Baja Aleación Alta Aleación Metal base: Fe Elementos de aleación: C, otros
  3. 3. WWW.INACAP.CL Arrabio El hierro se extrae de los minerales de hierro en el alto horno. OBTENCIÓN DE HIERRO Y ACERO Escoria Botadero o Materia prima Cemento
  4. 4. WWW.INACAP.CL El alto horno es un horno de cuba que trabaja en forma continua Los altos hornos permiten elaborar más de 11.000 toneladas de arrabio por día. Alto Horno
  5. 5. WWW.INACAP.CL PRODUCCION DE ARRABIO MATERIALES BÁSICOS •Mineral de Hierro • El hierro se encuentra normalmente en la naturaleza sólo como mineral . Fe2O3 Fe3O4 • Es necesario romper las moléculas de óxidos y así separar el Fe del oxígeno. Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe • Esta operación se realiza en el ALTO HORNO
  6. 6. WWW.INACAP.CL MATERIALES BÁSICOS El COQUE se quema como combustible para calentar el horno, libera CO, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico C + 1/2O2 => CO Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe Coque
  7. 7. WWW.INACAP.CL La CALIZA de la carga del horno se emplea como fuente adicional de CO y como sustancia fundente (escorificante). Se combina con la sílice presente en el mineral para formar silicato de calcio MATERIALES BÁSICOS Caliza
  8. 8. WWW.INACAP.CL Carga típica en Alto Horno Composición química del Arrabio Componentes kg/t kg/carga Mineral de Hierro 490 9.600 Pellets 995 19.600 Chatarra 15 300 Mineral de Mn 22 450 Caliza 112 2.300 Cuarzo 12 250 Coque 451 9.200 Petróleo + Alquitrán 44 899 Aire Insuflado 1.530 m3/min Temperatura Aire Insuflado 1.030ºC Elementos % Fierro (Fe) 93,70 Carbono (C) 4,50 Manganeso (Mn) 0,40 Silicio (Si) 0,45 Fósforo (P) 0,110 Azufre (S) 0,025 Vanadio (V) 0,35 Titanio (Ti) 0,06 Temperatura en Alto Horno : 1.460ºC
  9. 9. WWW.INACAP.CL Obtención de Acero En el horno convertidor se sopla aire para oxidar el carbono CO y CO2
  10. 10. WWW.INACAP.CL
  11. 11. WWW.INACAP.CL DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS •La mayoría de los materiales se designa con códigos establecidos por Normas. •Las NORMAS especifican cualidades de los materiales, que pueden cubrir composición química, propiedades mecánicas, terminación superficial. •Las normas relacionadas con los metales provienen de diferentes organizaciones: SAE Society of Automotive Engineering AISI American Iron and Steel Institute ASTM American Society for Testing Materials UNS Unified Numbering System CDA Copper Development Association NCh Norma Chilena DIN Norma Alemana ACEROS
  12. 12. WWW.INACAP.CL  El contenido de carbono modifica las propiedades den acero.  Aceros con mayor contenido de carbono presentan mayor dureza y menor ductilidad.  La chispa cambia de morfología, desde espigas largas para bajo carbono hasta espigas muy cortas para alto carbono.  Cambia la microstructura . Influencia del carbono ACEROS
  13. 13. WWW.INACAP.CL • El diagrama hierro carbono es fundamental para entender el efecto del carbono en los aceros. • El diagrama es un mapa que relaciona el contenido de carbono y la temperatura a la que se encuentra el acero • Entrega información sobre la estructura interna (microestructura) del material, que de ellas dependen sus propiedades. ACEROS Influencia del carbono
  14. 14. WWW.INACAP.CL ACEROS Influencia del carbono ¿Qué es la microestructura? Así como el ser humano está estructurado por huesos y músculos los materiales en general también poseen una estructura que es observable a nivel microscópico, esta estructura es muy notoria a simple vista en la madera (se puede ver la veta y los nudos), las propiedades de los materiales tienen directa relación con su microestructura.
  15. 15. WWW.INACAP.CL
  16. 16. WWW.INACAP.CL ACEROS AL CARBONO • Son los aceros que están constituidos esencialmente por Fe y C • Se clasifican según su microestructura (Diagrama Fe-C), contenido de carbono (AISI- SAE) y propiedades mecánicas (NCH, ASTM).
  17. 17. WWW.INACAP.CL Clasificación Los aceros se clasifican según sus composición química, propiedades mecánicas o uso. Según el diagrama Fe – C , los aceros se pueden clasificar en: Hipoeutectoides. Poseen un contenido de carbono inferior al 0,8%. Hipereutectoides. Poseen un contenido de carbono superior al 0,8%. Eutectoides. Poseen un contenido de carbono igual a 0,8%. ACEROS AL CARBONO
  18. 18. WWW.INACAP.CL MICROESTRUCTURAS Aceros Hipoeutectoides 0,1 % C 0,4 % C Acero Eutectoide Acero Hipereutectoide ACEROS AL CARBONO Ferrita Ferrita + Perlita 0,8%C, Ferrita 1%C, Cementita+ Perlita
  19. 19. WWW.INACAP.CL DESIGNACIÓN DE ACEROS AL CARBONO Designación AISI - SAE Ejemplo: Acero AISI-SAE 1045 El 10 corresponde a un acero al carbono. El 45 al contenido de carbono: 0,45%. Según Norma DIN Ck 45
  20. 20. WWW.INACAP.CL Aceros al carbono según especificación AISI-SAE:
  21. 21. WWW.INACAP.CL APLICACIONES Acero AISI-SAE 1020 DIN Ck 20 W. Nr 1.0044 Acero AISI-SAE 1045 DIN Ck 45 W. Nr 1.1730
  22. 22. WWW.INACAP.CL Aceros al Carbono con Plomo Usados generalmente para producciones en serie en tornos con control numérico, ya que se obtiene viruta corta. APLICACIONES AISI-SAE 12L14 La letra L corresponde Plomo Según Norma DIN 9SMnPb36 W.Nr 1.0737
  23. 23. WWW.INACAP.CL Aceros al Carbono Estructurales •Clasificación según Norma Chilena NCH •Se designan y clasifican de acuerdo a sus propiedades mecánicas. Ejemplo:
  24. 24. WWW.INACAP.CL APLICACIONES Anclajes mineros Alambrón
  25. 25. WWW.INACAP.CL ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Son los que poseen un contenido de elementos de aleación inferior al 8% Designación AISI - SAE Ejemplo: Acero AISI-SAE 4340 El 43 corresponde a un acero con Cr, Ni, Mo. El 40 al contenido de carbono: 0,45%. Según DIN 34CrNiMo6 Según W. Nr 1.6582
  26. 26. WWW.INACAP.CL ACEROS DE BAJA ALEACIÓN SEGÚN ESPECIFICACIÓN AISI-SAE
  27. 27. WWW.INACAP.CL APLICACIONES AISI –SAE 4340 AISI –SAE 4140
  28. 28. WWW.INACAP.CL ACEROS ESTRUCTURALES ALEADOS • Aceros con pequeñas adiciones de elementos aleantes para mejorar resistencia a la tracción y tenacidad. • Poseen buena soldabilidad y conformabilidad. • Están designados bajo la norma ASTM. • Se conocen como aceros HSLA (Alta resistencia y baja aleación)
  29. 29. WWW.INACAP.CL
  30. 30. WWW.INACAP.CL ACEROS PARA HERRAMIENTAS Clasificación según medio de temple •Aceros de endurecimiento en Agua, (W) •Aceros para trabajo en frío, templables en aceite (O) •Aceros para trabajo en frío, templables al aire (A) SAE O1 SAE A1
  31. 31. WWW.INACAP.CL Clasificación según uso •Aceros resistentes a impactos, (S) •Aceros para matricería (D) •Aceros para trabajos en caliente, (H) Aceros base Cromo, H13 Aceros base Tungsteno, H21 Aceros base Molibdeno, H42 SAE H13SAE S1 SAE D1 ACEROS PARA HERRAMIENTAS
  32. 32. WWW.INACAP.CL ACEROS PARA HERRAMIENTAS Aceros rápidos HSS, Tipo T y M •Tipo T (Tungsteno), T1 •Tipo M (Molibdeno), M1 •Son aceros con Tungsteno o Molibdeno. •Estos elementos son formadores de carburos, los cuales mejoran considerablemente la dureza y refractariedad del acero.
  33. 33. WWW.INACAP.CL ACEROS ESPECIALES ACEROS AUSTENÍTICOS AL MANGANESO (HADFIELD) Son aceros con un contenido de manganeso superior al 11%. Están designados y clasificados según la norma ASTM A-128 Propiedades. •Alta tenacidad, la cual es se obtiene mediante un enfriamiento rápido. •Excelente resistencia al desgaste. •Endurecibles por trabajo en frío y sobre todo por impacto. •Baja conductividad térmica. •Paramagnético. •No presenta resistencia a la corrosión. •Mala maquinabilidad ya que se endurece al contacto con la herramienta. Grado C Mn Cr Mo Ni Si P A 1.05-1.35 11.0 min 1.0 max 0.07 max B1 0.9-1.05 11.5-14 1.0 max 0.07 max C 1.05-1.35 11.5-14 1.5-2.5 1.0 max 0.07 max
  34. 34. WWW.INACAP.CL Usos: Chancadores, cadenas, componentes de motores, en general piezas expuestas a impacto. ACEROS AUSTENÍTICOS AL MANGANESO (HADFIELD)
  35. 35. WWW.INACAP.CL ACEROS MARAGING Son aceros con un alto contenido de níquel y muy bajo carbono (0.03%). Son aceros que al ser templados adquieren propiedades como alta tenacidad y ductilidad. También pueden ser endurecidos por precipitación a Tº cercanas a los 480ºC. En este sentido el endurecimiento se logra debido a la precipitación de compuestos como Ni3Mo, Ni3Ti Tipo Ni Mo Co Ti Al 18 Ni /200 18 3.3 8.5 0.2 0.1 18Ni /300 18 5.0 9.0 0.65 0.1 ACEROS ESPECIALES
  36. 36. WWW.INACAP.CL Aplicaciones •Piezas de misiles y de aviación. •Cascarones de submarinos de grandes profundidades. •Palos de golf, puentes mecanos. •Piezas de alta resistencia y de formas complicadas. ACEROS MARAGING
  37. 37. WWW.INACAP.CL ¿Por qué es inoxidable? ¿Qué es un inoxidable? ACERO INOXIDABLE ACEROS ESPECIALES
  38. 38. WWW.INACAP.CL ¿Qué es un Inoxidable? Metal base Fe Aleación Ferrosa Elemento de aleación Cromo
  39. 39. WWW.INACAP.CL ¿Qué es un Inoxidable?  El cromo está disuelto en el fierro (solución sólida)  El Cr no debe ser inferior a un 12%  Es posible agregar otros elementos de aleación para mejorar propiedades  Existen distintos tipos de inoxidables (de acuerdo a composición y procesos de transformación) Algunas Observaciones VOLVER
  40. 40. WWW.INACAP.CL ¿Por qué es inoxidable? En la solidificación, el oxigeno difunde en el metal y se disuelve en él Reacciona químicamente el Cr con el O (ambos disueltos) Se forma una capa superficial de Cr2O3 O2 O2 SUPERFICIE DEL ACERO SOLIDIFICADO Cr O + Cr Cr Cr Cr Cr CrOO O O O Cr2O3 Esta capa impermeabiliza al acero
  41. 41. WWW.INACAP.CL TIPOS DE INOXIDABLES Ferríticos • Contienen nominalmente entre un 10.5 y un 30% Cr, y menos de 0.12%C. • Por el bajo contenido de carbono suelen tener relativamente una regular ductilidad y formabilidad. • Su resistencia a altas temperaturas es inferior a otros aceros inoxidables. • Son ferromagnéticos. Ejemplos de esta familia son los 405(13Cr), 409(11Cr), 430(17Cr), 442(21Cr), 446(25Cr)
  42. 42. WWW.INACAP.CL Inoxidable Ferrítico SAE 430 Según W. Nr 1.4016 Según DIN X6Cr17 TIPOS DE INOXIDABLES C Cr Min. --- 16 Max. 0,08 18
  43. 43. WWW.INACAP.CL Martensíticos •Contienen entre un 12 y un 18% Cr, y entre un 0.1 a 1.2%C. •Son templables. •La presencia de carburos en exceso permite incrementar la resistencia al desgaste, o mantener filos, como es el caso de hojas de cuchillos. •Son ferromagnéticas. Ejemplos de esta familia son el 410 (13Cr, endurecible en aire), 420(13Cr,>0.15C), 431(16Cr, 1.8Ni, 0.2%C max), y los 440(17Cr) TIPOS DE INOXIDABLES
  44. 44. WWW.INACAP.CL SAE 440 SAE 420 DIN X36CrMo17 W. Nr 1.2316 C Cr Mo 0,36 16 1,2
  45. 45. WWW.INACAP.CL Austeníticos •Éstos son aleaciones ternarias Fe-Cr-Ni, con muy poco carbono. El contenido de Cr fluctúa entre 15 y 26%, y con contenidos de Ni hasta un 35%. •Su característica más saliente es que son austeníticos a temperatura ambiente. •Dada su estructura FCC, solo pueden ser endurecidos por deformación y suelen presentar una elevada ductilidad. •Estos aceros poseen excelentes propiedades criogénicas, una buena resistencia a temperaturas elevadas y son paramagnéticas. Representantes típicos de este grupo son 201 y 202 (bajo Ni y alto Mn), 302, 304, 304L(tipo 19-9), 309(23-13), 301(25-20), 3016, 316L(tipo 17-12), 321(18-11 con Ti) y 347(18-11 con Nb). TIPOS DE INOXIDABLES
  46. 46. WWW.INACAP.CL AISI 316 DIN X5CrNiMo17- 12- 2 W.Nr 1.4401 AISI 316 L DIN X2CrNiMo17- 12- 2 W.Nr 1.4404 C Cr Mo Ni 316 0,07 max 16,5 – 18,5 2 – 2,5 10 - 13 316 L 0,03max 16,5 – 18,5 2 – 2,5 10 - 13
  47. 47. WWW.INACAP.CL FUNDICIONES Son aleaciones de Fe-C-Si que por lo general contienen entre un 2 y 4% de C, y 0.5 a 3% de Si. FUNDICIÓN BLANCA Se denomina así porque su superficie de fractura es blanca (plateada) Se obtiene debido a un enfriamiento rápido en la solidificación. Su composición tipo es Fe-2.5%C-1%Si.  Es un material frágil, apto para aplicaciones resistentes al desgaste sin impacto. Su microestructura está constituida en gran parte por Fe3C.
  48. 48. WWW.INACAP.CL FUNDICIÓN GRIS Se denomina así porque su superficie de fractura es gris Se obtiene debido a un enfriamiento lento en la solidificación. Su composición tipo es Fe-3%C-1,5%Si.  Posee una gran capacidad para amortiguar vibraciones, buena autolubricación. Su microestructura está constituida por ferrita y grafito laminar. Las fundiciones grises se agrupan en dos categorías: •20 A, 20 B, 20 C, 25 A, 25 B, 25 C, 30 A, 30 B, 30 C, 35 A, 35 B, y 35 C, que se caracterizan por su excelente maquinabilidad, alta capacidad de amortiguamiento, bajo módulo de elasticidad y comparativamente fácil elaboración. •Las fundiciones de las clases 40 B, 40 C, 45 B, 45 C, 50 B, 50 C, 60 B y 60 C, son generalmente más difíciles de mecanizar, tienen menor capacidad de amortiguamiento, menor módulo de elasticidad y son más difíciles de elaborar.
  49. 49. WWW.INACAP.CL Microestructura fundición gris Aplicaciones •Bancadas de máquinas •Bloques de motores •Tapas de alcantarillas •Cuerpos de bombas FUNDICIÓN GRIS
  50. 50. WWW.INACAP.CL FUNDICIÓN NODULAR Se obtiene debido a un tratamiento térmico de la fundición gris. Este tipo de fundiciones posee propiedades similares al acero, presenta una ductilidad adecuada a ciertas exigencias. Su microestructura está constituida por ferrita y grafito nodular.

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