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Aleaciones Ferrosas

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Transcript of Aleaciones Ferrosas

Aleaciones Ferrosas
I) Con Fe entre 15 y 80% :
1) Ferrosilicio
2) Ferrocromo
3) Ferromanganeso
II) Con Fe mayor 80% :
a) Fundiciones
b) Aceros
c) Aceros especiales
Ferrosilicio : Aleación liviana, pocas aplicaciones. Carcasas protectoras de maquinaria, que no requieren mucha resistencia.

Ferrocromo: Se la utilizaba para fabricar cintas de cassettes. También ollas de imitación de acero inoxidable de bajo costo

Ferromanganeso: Al igual que el ferrosilicio se utiliza para fabricar carcasas.
En las aleaciones ferrosas es el Fe el componente principal y mayoritario, pero siempre hay un componente secundario, en menor porcentaje que el Fe.
Además hay otros componentes como trazas; ya sea agregados a propósito (como en el caso de los aceros especiales) o como impurezas como es el caso del S en las fundiciones.
EL HIERRO
El hierro tiene una dureza Mohs que oscila entre 4 y 5.
Es blando, maleable y dúctil. Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente, y a unos 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas.
Tiene un punto de fusión de unos 1.539 °C, un punto de ebullición de 2.750 °C y una densidad relativa de 7,86 g/cm3
Aceros
Para obtener aceros, el
arrabio
o fundición, debe ser tratado para
disminuir su porcentaje de C
por debajo del 1%
Esta operación se denomina
“AFINO”
y se produce eliminando gran parte del carbono, en hornos llamados
convertidores
, que se caracterizan por poseer
inyección de aire
por aberturas en su
fondo
(convertidor
BESSEMER
, actualmente poco usado) o
soplando de oxígeno por su parte superior
(convertidor
LD
).
La disminución del porcentaje de C
ocurre de la siguiente manera:

Fe +1⁄2 O2 FeO


FeO + C Fe + CO
Fundiciones:
Tienen más de un
80% de Fe, 3 a 5% de C
y trazas de Mn.

El
Mn
siempre está presente en la aleaciones ferrosas pues es vecino del Fe y como tienen propiedades químicas similares y es difícil de aislar,
no se lo separa
, ya que su presencia no afecta las propiedades.
Sin embargo, hay otros elementos químicos como el S, P y Si, cuya presencia sí resulta perjudicial, ya que disminuyen la resistencia. Al formarse la aleación estos elementos se reúnen y forman acumulaciones no metálicas, que constituyen zonas débiles del material.
Son
aleaciones de Fe-C
que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación.
Existe una
gran cantidad
de aleaciones con
diferentes composiciones
químicas
y tratamientos térmicos
, lo cual hace que exista un amplio rango de estas con
diversas propiedades mecánicas
.
Las propiedades mecánicas de los Aceros
son sensibles al porcentaje de Carbono
.
Algunos de los aceros más comunes se clasifican de acuerdo a su contenido de carbono en Bajo, Medio y Alto Carbono.
2. Aceros de mediano contenido de carbono,
son los que poseen de
0,2 a 0,6 % de C
; se los utiliza en la
Pueden ser
tratados térmicamente
por templado y revenido (más común).
Tienen
mayor resistencia
que los aceros de bajo contenido de Carbono,
pero menor ductilidad y tenacidad.
Se utilizan en aplicaciones que requieren una c
ombinación
de elevada
resistencia
, resistencia al desgaste y
tenacidad
como fabricación de cigüeñales y
vías de ferrocarril
La microestructura generalmente es martensita revenida
.
3. Aceros de Alto Contenido de Carbono:
Poseen de
0,6 a 1,5 %

de C.
Son los aceros
más duros, más resistentes y menos dúctiles de los aceros
al carbono. Se utilizan principalmente
revenidos
, lo que les brinda una
resistencia al desgaste
especial y son capaces de
mantener
el
filo
cortante.
Se los emplea en la fabricación de
resortes
y discos de arado, herramientas de herrería y carpintería,
cuchillos, navajas, hojas de sierra
1.
Aceros de bajo contenido de Carbono
:
(Al Carbono) Poseen
menos de 0.2%
de C. Son los más producidos comercialmente, debido a su
bajo costo
.
Es posible incrementar su resistencia mediante trabajo en frío, pero
no pueden ser tratados térmicamente
.
Están constituidos por micro-estructuras ferrita y perlita.
Son
blandos
, tienen
alta ductilidad
y
tenacidad
y
se pueden soldar
.
Sus aplicaciones típicas son: carrocerías de automóviles, vigas, tuberías.
Otro grupo
de aceros de bajo contenido en carbono son los de
alta resistencia y baja aleación
. Contienen concentraciones variables de
Cu, V, Ni y Mo totalizando
hasta un
10 % en peso
.
Poseen mucha
más resistencia mecánica
, que puede aumentar por
tratamiento térmico
y mantienen las propiedades de fácil mecanizado. Se emplean en componentes donde la resistencia mecánica es crítica: puentes, torres, columnas de soportes de edificios altos, vagones de tren.
El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión.
CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS
Son los diferentes tipos de granos que están presentes en los aceros. Son fases sólidas diferentes.
Ferrita alfa:
Solución sólida intersticial
de carbono en la red cristalina (BCC) del hierro alfa.
(Fe casi puro pues % en peso de C < 0,008%)
El carbono es muy poco soluble en ferrita alfa, alcanzando la máxima solubilidad sólida : 0,02% a 723 grados Celsius.
Blando (dureza 90 HB)
Dúctil (35 – 40% de alargamiento)
Baja resistencia a la rotura (R = 28 Kg/mm2)
resultan muy fáciles de trabajar, incluso en frío
Dureza: 90 HB
Resistencia a la rotura: 28kg/mm2
Alargamiento 30 a 40 %.
Propiedades Magnéticas
Solución sólida intersticial de C en Feγ gamma (FCC)
Se obtiene cuando se calienta un acero hasta que el hierro alfaα se transforma en Fe gammaγ. Los átomos de carbono ocupan los huecos que en una red cúbica centrada en las carasγ, por esto puede tener hasta un 1,76% de C disuelto en la red (a 1130 °C) que disminuye a un 0,8% a 723°C.
Es muy estable a altas temperaturas y, además, deformable y resistente. Los aceros que la poseen presentan algunas características mecánicas excepcionales.
Dureza: 300 HB,
R: 100 kg/mm2
A: 30%
La austenita no es estable a temperatura ambiente excepto en aceros fuertemente aleados como algunos inoxidables. La austenita es blanda y dúctil y, en general, la mayoría de las operaciones de forja y laminado de aceros se efectúa a aproximadamente los 1100 ºC, cuando la fase austenítica es estable.
Finalmente, a diferencia de la ferrita, la austenita no es ferromagnética a ninguna temperatura.
Ferrita delta: solución sólida intersticial de carbono en hierro delta. Tiene estructura cristalina BCC.
La máxima solubilidad del carbono en ferrita delta es de 0,09% a 1465°C. (Sin aplicación siderúrgica)
Se denomina cementita al compuesto intermetálico carburo de hierro (Fe3C), que tiene 6,67% de Carbono
Sus características son:
Muy duro (dureza: 700-800 HB)
Hasta 210 °C propiedades magnéticas, después no.
Muy frágil y poco tenaz
Los aceros ricos en ella, son más difíciles de trabajar (hipereutectoides)
Hay una relación directa entre el porcentaje de carbono del acero y su resistencia mecánica, que es
máxima con un contenido de carbono del 0,95%, y luego decrece abruptamente, hasta que al llegar a las fundiciones se alcanza el mínimo
Se denomina perlita a la microestructura formada por capas o láminas alternas de las dos fases ferrita alfa y cementita. Se obtiene al enfriar lentamente un acero con el 0,8 % de C (eutectoide)
Tiene un 88% de ferrita y un 12% de cementita.
Perlita
Sus características son intermedias entre la ferrita y la cementita:
-Dureza: 200 HB
-Ductilidad (15% de alargamiento)
-Resistencia a la rotura: R = 80 Kg/mm2
6) Martensita.- Es una estructura un poco desordenada en forma de agujas y cristalización en el sistema tetragonal, que se obtiene enfriando rápidamente la austenita, solución sólida sobresaturada de C en Fe γ. El más duro después de la cementita,. Sus propiedades son:

–Gran dureza (500-700 HB ó 50-68 HRc)
-Gran resistencia (R = 175-200 Kg/mm2)
-Poco dúctil y maleable: alargamiento máximo de 0,5-2,5
- Sí prop. magnéticas
TABLA DE PROPIEDADES DE LOS ACEROS SEGÚN SU COMPOSICIÓN:
Arrabio:
Fe(l) 92%
C 3-4 %
Si, Mn, PS
Fotomicrografía de una fundición gris con escamas de grafito en una matriz de ferrita alfa
Fotomicrografía de una fundición blanca, las regiones claras son la cementita rodeadas por perlita
Fotomicrografía de una fundición dúctil (esferoidal o nodular), con esferoides de grafito en matriz de ferrita alfa
Fotomicrografía de una fundición maleable, con el grafito oscuro en forma de rosetas en una matriz de ferrita alfa
En general son
frágiles y duras
, resisten mal la tracción pero bien la compresión, funden entre los 1150 y los 1300 (°C). Esto, sumado a que son aleaciones frágiles, permite y obliga a que sean
fundidos para poder obtener piezas fabricadas
. Se clasifican en:
Gris, Dúctil o Nodular, Blanca y Maleable.
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