Materiales

Arquitectura. Metales. Estructuras. Metalurgia. Siderurgia. Afino. Colada. Hirro. Fundición. Aceros. Aleación. Aluminio. Cobre. Plomo. Zinc. Estaño

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APUNTES DE MATERIALES II

TEMA 1. Introducción a los metales.

Estado metálico.

En los metales sus átomos tienden a perder electrones periféricos, o sea, a ionizarse positivamente. Tienen brillo, conductividad térmica y eléctrica, resistencia mecánica y gran plasticidad (se deforma sin romperse). Tienen un enlace característico de sus átomos y dentro del estado sólido se llama estado metálico.

Enlace metálico.

Existe una forma de unión interatómica de carácter primario que es el enlace metálico. Se debe a los electrones de valencia formándose una nube electrónica. Éstos se mueven originando una gran conductividad térmica y eléctrica ya que la nube transporta esta energía.

Estado cristalino y amorfo.

Dentro del estado sólido existe el estado cristalino y el amorfo. El cristalino por medio de la difracción de los rayos X podemos observar una difracción del interior de los átomos y en el amorfo no existe esta difracción. En el cristalino debido a su ordenación no se comporta igual ante agentes externos por lo que influye la dirección del cristal. Esto se llama anisotropía. En el amorfo con la total arbitrariedad de sus átomos, sus propiedades son iguales en cualquier dirección. Esto se llama isotropía.

Estructuras de los metales.

ð Cristalina.

Como elemento fundamental es el cristal. No se pude observar con microscopio y se ha de recurrir a los rayos X.

ð Micrográfica o granular.

Como elemento fundamental es el grano. Se observa con microscopio. Los granos se forman por agrupación de cristales.

ð Macrográfica o fibrosa.

Como elemento fundamental es la fibra. Se observa a simple vista.

ð Alotropía.

Todos los cuerpos que tienen la misma composición y distinta cristalización.

TEMA 2. Propiedades generales de los metales.

Generalidades.

Debido a sus propiedades los metales son muy importantes en la construcción. Son duros, resistentes a los esfuerzos, se les dan distintas formas sin variar sus propiedades, una elasticidad suficiente. Son estéticos y económicos.


Propiedades mecánicas.

Según el comportamiento respecto a agentes externos que actúan sobre los metales, nos da una idea sobre la calidad. A veces depende de la constitución del metal, de su estructura cristalina, sus características químicas, el ambiente en que se encuentre.

ð Resistencias estáticas.

Resistencia a la rotura. Es la oposición de un material a ser roto por la acción de fuerzas exteriores. Tensión o fuerza unitaria es la intensidad de la distribución de fuerzas interiores o componentes por unidad de sección de las fuerzas que se oponen a un cambio de forma de un cuerpo. Se expresa en kp/cm2.

ð Resistencia a tracción. Viene definida por la máxima tensión de tracción a que puede someterse un cuerpo sin que se rompa.

ð Resistencia a compresión. Viene definida por la máxima tensión de compresión a que puede someterse un cuerpo sin que se rompa.

ð Resistencia a cortadura. Viene definida por la máxima tensión de cortadura a que puede someterse un cuerpo sin que se rompa.

ð Resistencia a torsión, pandeo y flexión.

ð Resistencias dinámicas.

Estas propiedades no afectan directamente a la construcción por darse en contadas ocasiones. Las propiedades en sí son la resistencia dinámica al choque, al desgaste y a la fatiga.

ð Deformabilidad.

Es la propiedad que dota a los materiales de la posibilidad de deformarse antes de su rotura. Ésta puede ser permanente (plasticidad) o no permanente (elasticidad).

ð Elasticidad. Es la cualidad de algunos de materiales de deformarse proporcionalmente a las cargas y volver a su estado primitivo cuando de actuar dicha carga. Estos materiales siguen la Ley de Hooke.

ð Plasticidad. Es la propiedad de algunos de los materiales para deformarse sin fisuras no recuperando su estado primitivo al cesar las fuerzas. Dentro de la plasticidad existen dos propiedades importantes: la ductilidad (actitud a ser deformado en forma de alambre) y la maleabilidad (actitud a ser deformado en forma de láminas por compresión).

ð Acritud. Es la propiedad de aumentar su dureza y resistencia a tracción por efecto de las deformaciones.

ð Fragilidad. Es la propiedad de los materiales de no poder experimentar deformaciones plásticas, rompiéndose bruscamente al superar el límite elástico.


ð Fluencia. Es al pérdida de resistencia al pasar el tiempo cuando se el ha sometido a cargas menores de la de rotura.

ð Tenacidad.

Concepto ligado a la resistencia a deformarse. Nos expresa el trabajo de un metal que por efecto de fuerzas exteriores se deforma y rompe. El metal es capaz de absorber energía cinética de un cuerpo que choca contra él y se deforma antes de romperse. Si le sometiéramos a esfuerzos de este tipo podríamos determinar su tenacidad.

ð Dureza.

Existe diferentes tipos de dureza según la forma de clasificar la misma: dureza al rayado, a la penetración, elástica y al corte.

ð Soldabilidad.

Es la propiedad que tienen algunos metales para que al ponerse en contacto se unan íntimamente formando un elemento rígido. Constituye la soldadura la unión de dos piezas, si éstas estuviesen perfectamente mecanizadas, simplemente con ponerlas en contacto entre sí, necesitando una gran fuerza para separar las piezas; pero el aire produce oxidaciones que se oponen a este contacto íntimo.

Si al unir dos piezas y calentamos dicha unión, al comprimirlas origina una deformación plástica y posteriormente un proceso de recristalización. Generalmente se suele añadir un fundente que se combina con los óxidos formando una escoria que se elimina al presionar las dos piezas. Las soldaduras resisten mal los esfuerzos de fatiga, es decir, los de carácter intermitente.

ð Soldadura eléctrica. Las superficies a soldar se comprimen con dos punzones que facilitan el paso de una corriente eléctrica que calienta la unión, creándose un estado plástico que permite la soldadura.

ð Soldadura por fusión. Las piezas se ponen en contacto, se calientan y se crea un estado de fusión consiguiendo una íntima unión.

ð Soldadura autógena. Cuando se realiza la unión sin que intervenga ningún otro material.

Propiedades eléctricas.

Tiene gran influencia en esta propiedad el peculiar enlace metálico denominado nube electrónica. La corriente eléctrica fluye con toda facilidad entre la nube consiguiendo una gran conductividad eléctrica.

La conductividad eléctrica es la facilidad con la que un material deja pasar a través de él la corriente eléctrica. Todos los metales son buenos conductores pero con valores variables. Si en los extremos establecemos una diferencia de potencial, la intensidad de la corriente eléctrica depende del metal que se trate y de la diferencia de potencial.

La resistencia eléctrica (R) es la oposición al paso de la corriente eléctrica.

Materiales

La resistividad () es al inversa de la conductividad y depende del material.


Propiedades térmicas.

La conductividad térmica nos da una idea del calor que se transmite por conducción o el calor que pasa a través de un metal. Depende de varios factores: el espesor, la superficie, la diferencia de temperatura entre los dos lados, del tiempo y del material.

Materiales

La dilatación es al variación de las dimensiones de un metal debido a cambios de temperatura. No es uniforme y sigue leyes determinadas. A veces se producen cambios dimensionales muy importantes.

El coeficiente de dilatación (K) expresa la dilatación que experimenta la unidad de longitud cuando al temperatura se eleva un grado.

Propiedades químicas.

ð Oxidación.

Químicamente una sustancia se oxida cuando sus átomos ceden electrones. Consideremos oxidación a la combinación del metal con el oxígeno, normalmente del aire, siendo el más reactivo el oxígeno atómico. Ésta recubre con una capa de oxígeno que normalmente impide mayor extensión de la oxidación.

ð Corrosión.

Incluimos en la corrosión todas las acciones que producen los agentes químicos a los metales. En construcción estudiamos la acción del oxígeno, no directamente sino que a través de otros agentes, generalmente el agua, que cataliza y encauza la reacción en los metales, profundizando en su masa y disminuyendo las características metálicas. En las obras deberemos tomar medidas para su protección. Existen varios tipos de corrosiones:

ð Corrosión general. Cuando es en toda la superficie. Se protege con facilidad.

ð Corrosión intercristalina. Se debe a las impurezas y no se advierte a simple vista. No es frecuente.

ð Corrosión localizada. Se puntualiza en sitios poco visibles y pasa desapercibida hasta que fractura la pieza.

TEMA 3. Procesos generales metalúrgicos.

La metalurgia es la operación mecánica, físico-mecánica y química para obtener metales de los minerales que los contienen y estudiar sus aplicaciones.

Los metales en la naturaleza.

Los minerales sacados de yacimientos no son puros sino mezclados con materiales que no se aprovechan. Raramente se encuentran nativos para emplearlos industrialmente. Los minerales se encuentran combinados con otras materias formando la mena a la que acompañan sustancias de naturaleza terrosa como nuevas impurezas llamadas gangas. En primer lugar separamos la mena de la ganga y después el metal de la mena.


Operaciones preparatorias.

ð Trituración.

Se efectúa con materiales secos por medio de quebrantadoras. Según la que empleemos no dará un quebrantamiento primario, secundario o fino.

El quebrantamiento primario se realiza con machacadoras de mandíbulas. Son giratorias o de cono formados por dos superficies troncocónicas. La exterior es fija y la interior, móvil.

El quebrantamiento secundario se realiza con trituradoras de rodillos. Son dos cilindros que giran en sentido contrario. Pueden ser lisos, estriados o con dientes.

El quebrantamiento fino se realiza con trituradoras de gravedad. Consiste en varios mazos que se levantan por medio de una levas y se dejan caer sobre el material.

ð Molienda.

Se hace con materiales secos o húmedos. Se realiza con el molino de Raymond. Consta una superficie troncocónica de eje vertical sobre al que presionan unos rodillos. Los molinos giratorios son tambores alrededor de un eje y lleven dentro elementos molturadores como bolas o varillas. Introducimos el mineral por un extremo y por el otro sale el mineral por una rejilla. Esta impide la rejilla de los elementos molturadores.

ð Clasificación.

El tipo de maquinaria empleada garantiza un tamaño máximo pero hay muchos tamaños intermedios. Según el orden donde van a ser introducidos, el tipo y el tamaño debe de ser lo más parecido posible, empleando la siguiente maquinaria:

ð Mecánica. Cribas con diferentes mallas, clasificando los tamaños. Cuando la medida de la malla es pequeña se denomina tamiz. Llevan un movimiento de vaivén y pueden ser planos y cilíndricos (tronel).

ð Hidrodinámica. Caen partículas en un líquido y por las distintas velocidades de caída se estratifican por tamaños yendo los gruesos al fondo. Normalmente se usan los separadores de Evans y los de pistón.

ð Concentración.

La forma de realizar la concentración es al siguiente: las partículas de los minerales se adhieren a líquidos distintos no miscibles por la diferencia de la densidad, del peso específico y por el comportamiento en un campo electrostático o magnético.

ð Flotación. Se consigue que unas partículas floten en un líquido y otras no. Para que floten se aprovecha la propiedad de algunos minerales de adherirse al aire más que al agua. Por tanto, hacemos pasar una corriente de aire a presión y las partículas se rodean de más partículas gaseosas y flotan, formándose una espuma que se recoge mecánicamente. A veces para mejorar esta adherencia se añaden reactivos químicos.

ð Separación magnética. Se crea un campo magnético, se introducen las partículas y se origina un campo magnético inducido. Los cuerpos diamagnéticos los atrae el imán y los paramagnéticos son repetidos.

ð Afino de los metales.

Los metales no son puros y hay que afinarlos y quitarles las impurezas. Como se ha dicho anteriormente el afino es la purificación de los metales. Existen tres tipos para realizar el afino:

ð Fusión. Se emplean cuando las impurezas funden a distinta temperatura.


ð Reacción selectiva. Las impurezas tienen mayor afinidad con determinados elementos que al unirse forman un compuesto de fácil eliminación. Es el caso de los convertidores que introduciendo oxígeno se combina con el carbono y se elimina de forma gaseosa.

ð Electrólisis. Se obtienen purezas del 99'99%. En el ánodo (positivo) se ponen barras de metal impuro y en el cátodo (negativo) láminas de mineral puro; como electrólito, una sal mineral. Se introduce una corriente eléctrica en el circuito y se crea un transporte continuo de metal puro del ánodo al cátodo.

ð Fundentes.

Sustancias que se añaden para rebajar el punto de fusión. Si la ganga es ácida (silícea, aluminosa) o básica (carbonato cálcico) el fundente sería respectivamente el contrario. Su forma de actuación es combinándose con la ganga y las cenizas formando las escorias.

ð Combustibles.

Las clases de combustibles utilizados son de tres tipos: sólidos, líquidos y gaseosos.

Los combustibles sólidos son la madera y el carbón (hulla, antracita, lignito, etc.) esencialmente. El cok es un residuo que aparece al calentar la hulla.

El combustible líquido por excelencia es el petróleo. El fuel-oil es una mezcla de la destilación del petróleo y de productos del cracking y el gas-oil es una fracción de la destilación del petróleo. Con la descomposición de las fracciones pesadas en componentes ligeras calentándolas a diferentes temperaturas se obtiene la operación denominada cracking.

El combustible líquido de más uso es el gas natural (metano), gas de alumbrado que procede de la carbonización de la hulla. El gas de agua procede de echar agua al carbón al rojo vivo.

Trabajo de los metales.

Normalmente necesitamos dar forma adecuada a los metales según la misión que van a ejercitar.

ð Forja.

Consiste en trabajar el metal a base de golpes. Se puede realizar en frío o en caliente. Según la forma y método de moldeo se pueden diferenciar las realizadas a mano, por medio de martillos colocando la pieza sobre yunques; mecánicamente mediante levas, máquinas neumáticas y con prensas.

ð Laminación.

Consiste en pasar la pieza por dos cilindros laminadores que giran en sentido contrario consiguiendo forma y dimensiones distintas. Los trenes de laminación son el conjunto de armaduras, instalaciones y rodillos. Los tipos de trenes pueden ser dúo reversible, trío, dúo no reversible y tren universal (tiene los rodillos en diferentes posiciones). La denominación de los trenes pueden ser:

ð De desbastar. Consiste en laminar lingotes al rojo.

ð Intermedio. Con el que fabricamos todo tipos de perfiles. Se llama "de formar" cuando fabricamos perfiles en U, en T, en doble T y en L. Se llama "de acabar" cuando se fabrican chapas y redondos.

ð Trefilado.

Es cuando el diámetro es muy pequeño o calibrado y se denomina estirado en hilera. La operación consiste en hacer pasar un alambre tirando de él por un agujero cónico hecho en una matriz consiguiendo así la disminución de su diámetro. Generalmente se realiza por pasadas sucesivas o una sola pasada por varias hileras en serie.


ð Moldeo por fusión.

Fundimos una pieza llenando un molde con ese metal líquido y al enfriarse toma la forma del molde. Si se llena con el metal al salir del horno se denomina arrabio, también llamado moldeo de primera fusión; tiene muchas impurezas. Si se funde nuevamente y lo vertemos en moldes obtenemos moldeo de segunda fusión. En el primer tipo de moldeo tienes azufre y escorias, lo que le da características deficientes y a veces ampollas. En el segundo podemos mezclar diferentes clases de lingotes pudiendo conseguir eliminar el fósforo, azufre y silicio.

Se pueden realizar en distintos tipos de hornos. Los moldes pueden ser metálicos (acero), de arcillas y de arena compuesta por arena de sílice mezclada con un poco de arcilla. Según por donde se efectúe el vertido de la masa fundida puede ser una colada por salto (vertida por la parte superior del molde), colada por sifón (por la parte inferior) o por una colada denominada por procedimiento listo.

ð Mecanizado.

Sirve para ajustar algún tipo de pieza, es decir, que posean dimensiones exactas mediante herramientas de corte que arrancan trozos de metal en forma de virutas. Se hacen con aceros al carbono o placas acopladas de metal duro en tronos, fresadoras, taladradoras, etc.

TEMA 4. Siderurgia.

Es la metalurgia del hierro.

Minerales férreos.

El hierro nativo es muy escaso, pero existen minerales con una riqueza superior al 70%. Destacan entre éstos los óxidos de hierro.

ð Oligisto.

Es un óxido de color negro y una riqueza del 70%. Cristaliza en romboedros.

ð Hematites rojas.

Variedad de óxido que no cristaliza y una riqueza de alrededor del 50%.

ð Magnetita.

Óxido difícil de reducir. Supera su riqueza el 70%, cristalizando en forma cúbica.

ð Limonita o hematites parda.

Se presenta en masas fibrosas muy duras o en masas terrosas.

ð Carbonatos.

Se calcinan y se transforman en óxidos. La riqueza varía del 40 al 50%.

ð Sulfuros.

Se somete a tostación y se transforma en óxido. Riqueza similar a los carbonatos.

ð Silicatos.

Difíciles de tratar.


Propiedades del hierro dulce.

Contiene menos del 0'03% de carbono. El hierro puro posee un peso atómico de 55'84, un peso específico variando entre los 7'84 y 8'14, un punto de fusión de 1539 ºC. Es de aspecto brillante y es relativamente blando. Al templarlo, no endurece.

El horno alto.

El horno alto tiene una altura alrededor de 30 mts. Están fabricados con molduras cerámicas recubiertas interiormente por ladrillos refractarios. Las paredes tienen 1'5 mts. de espesor medio llegando a alcanzar los 3 mts. en el fondo del crisol.

El alto horno se puede dividir en cinco partes. La primera es el tragante que es por donde se introduce la carga que está constituida por el mineral, cok y el fundente (castina, carbonato). Continua la cuba en forma troncocónica. La siguiente es el vientre de forma cilíndrica y la más ancha (8 a 10 mts.). El final lo forman los etalajes con forma de cono invertido y el crisol de forma cilíndrica y donde se contienen la escoria y la fundición que se evacuan por unos orificios a distinta altura. Exteriormente el horno alto está regado constantemente por una cortina de agua que ayuda a refrigerar las paredes del horno.

ð Transformación.

En la primera zona se expulsa el agua en forma de humedad que posee el material. Pasando esta zona, el óxido férrico se reduce, por medio del monóxido de carbono que llevan los gases, a magnetita que nuevamente se reduce a óxido ferroso. Parte del dióxido de carbono se elimina al entrar en contacto con el carbón de la carga. En el vientre, la carga está al rojo vivo y se activa la reducción terminándose en los etalajes en que el óxido pasa completamente a hierro. Éste es desplazado por la cal procedente de la castina y las gotas de la escoria conjuntamente con las de hierro caen en el crisol. Al pesar más las gotas de hierro, éstas van al fondo y las de escoria se quedan encima.

ð Productos resultantes del horno alto.

ð Arrabio. Se puede destinar a alimentar el mezclador y posteriormente llevarlos a los distintos hornos de afino. Otro uso es para fabricar lingotes de primera fusión en piezas de fundición o piezas para transformarse en acero. Por último para realizar moldeo en piezas de fundición directamente.

ð Escoria. Se ha formado por la cal del fundente, la alumina de la ganga y las cenizas. Se llama normal cuando se enfría al aire y se emplea para hormigones. Se denomina granulada la escoria enfriada rápidamente, utilizándose principalmente para la obtención de cementos. La dilatada, por último, es aquella que se enfría con una pequeña cantidad de agua y se emplea como aislante térmico o en hormigones ligeros.

ð Gases. Por medio de tuberías y conductos se aprovechan estos gases para ahorrar energía en concepto de calor.

TEMA 5. Afino.

Afino de la fundición.

La fundición o el arrabio tiene un porcentaje de carbono elevado (entre el 4 y el 6%). Si disminuimos este porcentaje obtenemos el acero. También existen otras impurezas que conviene eliminar. Se puede realizar de diversos métodos:


ð Método en estado sólido o recocido.

Se calienta en contacto con elementos oxidantes la fundición. El carbono pasa a monóxido de carbono y se difunden en la superficie oxidándose nuevamente transformándose en fundición blanca. Si se continua el recocido se convierte en acero.

ð Método en estado pastoso.

Calentamos el arrabio hasta la fusión y con el aumento de la temperatura se afina. Al perder carbono se hace pastoso, entonces se trabaja fuertemente y aparecen unas grandes bolas llamadas zamarras. Se sacan del horno y se someten a un cinglado eliminando escoria. Antes de enfriarse se pasa por el tren de laminación.

ð Método del estado líquido.

A la salida del horno alto y a través de un mezclador se lleva a los hornos de afino.

Mezclador.

Antes el arrabio del horno alto se enfriaba y se convertía en un lingote. Luego se introducía en los hornos de afino, perdiéndose calorías debido a que había que calentar de nuevo los lingotes. Lo lógico sería alimentar los hornos de afino con arrabio líquido; esto mismo es la función principal del mezclador que es un recipiente intermedio y regulador entre los dos hornos, el alto y el de afino. Tiene forma cilíndrica montado sobre rodillos para que pueda bascular e interiormente está revestido con refractarios. Se carga mediante una cuchara y se descarga basculando el mezclador. El caldero es penetrado por unos quemadores compensando la pérdida de calor. La cantidad de arrabio que produce un horno alto en un día es la capacidad mínima que debe de admitir un mezclador. Una función extra del mezclador es la de homogeneizar la carga.

Afino en convertidor con aire.

ð Bessemer (1850).

Se le ocurre un procedimiento revolucionario por el cual se eliminan carbono e impurezas oxidándolas con el oxígeno del aire. Además se producen reacciones exotérmicas evitando el caldeo exterior del crisol. Se llama ácido por que no elimina ni el fósforo ni el azufre por que sería necesario una escoria básica que atacaría al refractario. Los principales componentes resultantes en el acero son el carbono (3'5 al 4%), el silicio (2%) que es el que produce la reacción exotérmica, el manganeso (2 al ·3%) que es el que evita que se oxide el hierro y fósforo y azufre en cantidades ínfimas (menos del 0'05%).

Tiene forma de pera. Suele medir 3 mts. de altura con moltura metálica de 25 mm. forrado de refractario de 2 cm. y en el fondo 60 cm. Lleva dos muñones laterales para bascular y puede ser cúbico o excéntrico. En el fondo lleva incorporados unos toberines para la entrada del aire.

La carga se realiza colocando el convertidor en posición horizontal e impidiendo la entrada de aire. El soplado se efectúa en posición vertical. Se oxida el silicio y parte del manganeso con la reacción exotérmica. Es el período de chispa dando una llama corta, poco luminosa y produciendo gran cantidad de chispas. Arde el carbono y aparece una llama larga y luminosa. Al disminuir dichos efectos comienza la descarburación. Por último, la descarga se realiza simplemente inclinando el convertidor.

ð Thomas.


Posteriormente, Thomas descubre el afino por vía básica, es decir, eliminando el fósforo y el azufre. Los principales componentes resultantes en el acero son el carbono (3'5 al 4%), el silicio (menos del 0'5%), el manganeso (menos del 2%) que es el que evita que se oxide el hierro, el azufre en cantidades ínfimas (menos del 0'05%) y el fósforo (alrededor del 2%) que es el que produce la reacción exotérmica. El revestimiento es básico (de magnesia, carbonato cálcico, dolomita, etc.). Se añade escoria básica. El silicio perjudica el revestimiento.

La carga se realiza primero introduciendo la cal y después, inclinándose ligeramente más se echa la fundición. El soplado tiene un período de chispa corto puesto que no existe apenas silicio. En la descarburación se produce una llama que se va alargando quemándose el carbono rápidamente. En ausencia del carbono se oxida el fósforo y reacciona con la escoria básica y hace el efecto de silicio en el procedimiento ácido, es decir, produciendo calor debido a la reacción exotérmica. Aparecen una gran cantidad de humos al continuar el soplado para oxidar el fósforo dando una llama corta y rojiza. La desfosforación se controla sacando muestras de metal que dan chispas cuando queda poco fósforo. Finalmente, la descarga se efectúa primero al verter la escoria inclinando ligeramente el convertidor; éstas se utilizan como fertilizantes. Posteriormente se inclina más el convertidor y se descarga el acero.

Afino con oxígeno.

Inyectamos en vez de aire, oxígeno, con lo cual se activa las reacciones, disminuye la operación y mejora la calidad del acero.

ð Convertidor LD (Linz - Donawitz).

La forma es similar a la de los convertidores de aire. Se inyecta oxígeno por medio de un lanza.

La carga se realiza con hierro fundido, chatarra, mineral y materia básica para formar escoria. En primer lugar, se introduce parte de la chatarra y la fundición líquida casi en posición horizontal. Se coloca el convertidor en posición vertical y comienza la inyección de oxígeno y por último, se echan el resto de los materiales. Cuando el contenido de fósforo es pequeño (del 1 al 1'5%) se elimina la escoria y se añade otra nueva. El fósforo se elimina sin disminuir mucho la cantidad de carbono y el azufre se elimina mejor en los procedimientos anteriores. Se descarga en posición horizontal el acero y posteriormente hasta casi vertical la escoria.

ð Convertidor Kaldo (Suecia).

Análogo al LD, posee una inclinación de unos 17º y tiene un movimiento de rotación. Como ventajas con respecto al LD es que la presión del oxígeno puede ser inferior, se homogeiniza la temperatura en toda la masa, existe mayor contacto entre la escoria y el arrabio fundido lo que activa las reacciones y es de mayor capacidad. Se puede aumentar la cantidad de chatarra.

Aceros finos.

ð Horno Martin - Siemens.

Tiene forma de cuchara rectangular. Una solera donde colocamos las materias primas con inclinación hacia un orificio de salida. Por el exterior circula aire para refrigerar. La bóveda es de ladrillo refractario silíceo. Los gases del horno pasan por unos apiladores, recuperadores que invierten el sentido de circulación con el aire carburante y producen grandes temperaturas. El revestimiento de las paredes es silíceo para el procedimiento ácido y de magnesia para el básico. El horno puede bascular.


ð Procedimiento ácido. La reducción del carbono no es por oxidación sino por tres posibles maneras: por dilución, añadiendo chatarra con poco carburo y el carbono se reparte en la totalidad de la masa; añadiendo minerales de hierro que ceden el oxígeno al carbono, produciéndose oxidación; y por último, los dos anteriores a la vez. Cargamos con materiales sólidos o fundición líquida. El manganeso se oxida con rapidez y se va a la escoria, igual que el silicio, pero éste con mayor lentitud. El carbono se oxida por los óxidos de las escorias, se forman burbujas debido a que se desprende monóxido de carbono y se activan las reacciones. Si el procedimiento es ácido no se elimina ni fósforo ni azufre. A veces, para evitar la oxidación del metal se añaden ferroaleaciones.

ð Procedimiento básico. Si el procedimiento es básico, la escoria es básica permitiendo la eliminación del fósforo. Primero cargamos las materias sólidas y una vez fundidas éstas, la fundición líquida y después si hubiera los lingotes de fundición. El silicio y el manganeso se oxidan conjuntamente con el hierro en primer lugar. El óxido de manganeso no se va a la escoria cediendo el oxígeno para oxidar el carbono; a veces hay que añadir chatarra oxidada para la descarburación. El fósforo se oxida y se combina con la cal. El pequeño tanto por ciento de azufre se elimina asimismo y se recomienda un bajo porcentaje de silicio y de manganeso. También se pueden añadir ferroaleaciones.

ð Horno eléctrico.

El horno eléctrico se debe de emplear sólo con la energía eléctrica necesaria para calentar la carga y mantener las reacciones. Los hornos pueden ser de arco, de inducción y de alta frecuencia. Generalmente no se emplean por su elevado coste.

Se suelen tratar aceros procedentes del afino por otros hornos, es decir, tienen como misión ajustar la composición de los aceros; tiene un control perfecto. Si hubiera fósforo se puede eliminar por adicción de escoria ricas en cal y, al final, se pueden añadir ferroaleaciones.

ð Afino en crisol.

Se emplean para mejorar las cualidades de los aceros obtenidos por otros métodos. El crisol es una mezcla de arcilla y cobre. Se calientan en hornos a temperaturas muy elevadas y se pueden cargar con chatarra, acero, fundición y minerales. Al fundirse la escoria, ésta se deposita en el fondo y al fundirse el metal flota, reacciona con las paredes y toma carbono y silicio. El oxígeno provoca un borboteo que activa las reacciones. Se sacan los crisoles del horno, se desecha la escoria y se vierten en una lingotera. Es sumamente caro.

Comparación de los distintos procedimientos líquidos.

El afino en convertidores tienen gran velocidad, el Martin-Siemens es de más calidad que estos últimos y los hornos eléctricos y de crisol poseen un perfecto control de la composición, aunque a un elevado coste. Debido a la rapidez del convertidor no es fácil comprobar en cada momento el estado del afino, por este motivo aunque es más barato que el Martin-Siemens, éste se utiliza mucho pues mejora el control debido a que es más lento y mejora la calidad del acero obtenido. El precio es un poco más elevado. Se podría utilizar convertidores con oxígeno y empleando a continuación los hornos eléctricos obteniendo aceros de alta calidad.

TEMA 6. La colada.

Para enfriar el acero líquido se puede hacer en moldes obteniendo acero moldeado o en lingoteras y obtener posteriormente diferentes productos.

Lingoteras.


Son de forma troncopiramidal y echas de fundición. Las bases pueden ser cuadradas o rectangulares y estar abiertas por una de ellas o por las dos bases. Para su transporte exigen la utilización de grúas. Si no tuviesen fondo, las lingoteras se asientan sobre placas de fundición y se rellena la junta con una pasta y según el espesor se enfriarán antes o después.

Se vierte directamente sobre el molde, o bien, mediante una cuchara que podrá ser basculante o con orificio en el fondo. La colada puede hacerse desde arriba disponiendo una fila de varias lingoteras o por el fondo vertiendo sobre un tubo llamado bebedero que luego vierte en las lingoteras consiguiendo superficies más perfectas. Se desmolda con facilidad pues al enfriarse el acero se contrae.

Lingotes.

Son piezas de acero de diferentes formas. Tiene algunos defectos según el tipo de lingotera, la temperatura y la composición del acero. Los defectos más comunes son:

ð Rechupe.

Al enfriarse el acero se contrae y en la parte superior aparecería un hueco en forma de cono. Para evitar este suceso, se prolonga la parte superior en forma de cuello llamado mazarrota y se reviste la lingotera con ladrillo refractario que enfría con mayor lentitud. El lingote quedaría con un resalte que se corta y queda perfecto.

ð Sopladuras.

Son espacios huecos interiores formados por los gases desprendidos al enfriarse. A veces se traducen en fisuras o manchas blancas abultadas que se denominan flóculos o copos.

ð Segregaciones.

Esto es debido a que en un lingote pueden haber distintos porcentajes de carbono en la totalidad del lingote.

TEMA 7. Producto férreos. Hierro y fundición.

Hierro.

El hierro elemento es brillante y blando. El hierro puro se obtiene en el laboratorio con pureza del 99'9%. También se obtiene electrolíticamente llegando a no superar el porcentaje de carbono el 0'003%. Los hierros industriales se obtienen reduciendo los minerales férreos y también por afino con trabajo metálico. El hierro esponjoso se obtiene por reducción sin llegar a una fusión completa. El hierro pudelado se obtiene en estado pastoso mediante el afino del lingote con intervención del trabajo mecánico. El hierro dulce tiene la propiedad de poder ser martillado y forjado al rojo pero no se puede templar.

Fundición.

Es una aleación de hierro y carbono en piezas moldeadas (lingotes) que pueden tener otros elementos como aleación. El porcentaje de carbono será superior al punto de saturación de la austenita que es el 1'9% (alrededor del 2%).

Las propiedades de la fundición es que el contenido de carbono es superior al 2%, es frágil, duro, no puede forjarse y se pueden moldear las piezas. Se puede evitar en parte la fragilidad haciéndole maleable, o sea, descarburándole. Para endurecer zonas que vayan a sufrir desgastes se procede enfriando rápidamente la superficie, o sea, consiguiendo un temple superficial y el resto blando.

Los defectos más comunes son las sopladuras, oquedades o huecos en el interior producidos por burbujas de gases, grietas debidas a tensiones originadas en el enfriamiento, manchas de diferentes coloraciones debidas a las impurezas, vetas o manchas en forma alargada y escamas que son laminillas en la superficie que se desprenden al golpear la pieza.


Diferentes tipos de fundición.

ð Fundición blanca.

Es muy dura y extraordinariamente frágil. No se puede trabajar con herramientas de acero. No es indicada para el moldeo. Menos fluida que la gris. Se contrae al solidificarse. Existe una variedad denominada maleable cuando consigue cierta descarburación.

ð Fundición gris.

Es menos frágil y dura que la blanca. Se trabaja y tornea a lima. Es buena para el moldeo y se dilata al solidificarse por lo que necesita moldes fuertes. Dentro de esta fundición existe la variedad perlítica con grandes capacidades mecánicas.

ð Fundición atruchada.

Tiene manchas grises y sus propiedades se encuentran entre la blanca y la gris.

ð Fundiciones especiales.

En estas fundiciones, además de hierro y de carbono, intervienen otros elementos en proporciones variables. La ferromanganeso puede poseer entre un 40 y un 80% de manganeso; se obtiene en horno alto y escoria básica. La ferrosilícea se obtiene en horno alto y escoria ácida. La siliceomanganosa tiene silicio y manganeso en proporciones elevadas.

Formas comerciales de la fundición.

ð Tubos.

Se moldean en posición vertical y el peso propio hace que se compacte. También se realizan por centrifugación dando mayor compacidad, resistencia y homogeneidad. Se suelen recocer para que al enfriarse queden las superficies templadas.

Según el tipo de unión entre los tubos pueden ser: de enchufe y cordón y de pletinas y bridas colocando entre medias una arandela de plomo. Las primeras dan la posibilidad de tener pequeñas curvaturas; en cambio, las últimas no permiten curvatura alguna debido a su rigidez, fabricándose piezas especiales en forma de T, en codo, etc.

ð También se emplean para la fabricación de farolas, columnas, puentes, etc.

TEMA 8. Aceros.

Es una aleación de hierro y carbono con un porcentaje de carbono no superior al 2%. A veces, se supera este 2% como es el caso del acero al cromo.

Clasificación de los tipos de acero.

ð Aceros no aleados.

ð Aceros de base. No necesitan prescripción de calidad, ni precaución alguna en su fabricación. No se obliga ningún tratamiento térmico para cumplir las especificaciones físicas (resistencia a tracción, límite elástico, alargamientos y resiliencia) ni las especificaciones químicas en cuanto a los porcentajes del carbono, el fósforo y el azufre. Existen algunas limitaciones en cuanto a los porcentajes del silicio y el manganeso.

ð Aceros de calidad. No se les exige regularidad de respuesta a tratamientos térmicos. Se exigen prescripciones más rigurosas que a los de base con resistencia a la rotura, fragilidad y deformación. Al fabricarse hay que tomar precauciones especiales.


ð Aceros especiales. Tiene una mayor pureza que los aceros de calidad. Responden regularmente a los tratamientos térmicos (temple y revenido). Poseen una composición química muy precisa. Garantía a la resiliencia. Se emplean en aceros para reactores nucleares, conductividades térmicas especificadas, etc.

ð Aceros aleados.

ð Aceros de calidad. Se utilizan igual que los no aleados. Dentro de este grupo existen aceros de constitución metálica, para aparatos de presión, para tubos, etc. Cumplirán la norma en cuanto a límite elástico, resiliencia y porcentajes de las aleaciones. Existen aceros que sólo contienen silicio y aluminio como aleación, aceros para raíles ferroviarios, aceros para productos planos y aceros que sólo contienen como aleación el cobre.

ð Aceros especiales. Ajuste preciso en su composición química. Buen control y elaboración. Algunos resisten la corrosión en caliente y los que se empleen para herramientas y rodamientos tendrán una gran resistencia a la fluencia. Entre éstos se encuentran los aceros inoxidables y los aceros rápidos.

Clasificación de los productos de aceros.

ð Acero líquido.

Es un acero dispuesto para la colada que viene de la fusión de las materias primas.

ð Lingote y desbaste.

El lingote se obtiene por colada en un molde para transformarlo posteriormente en productos por laminación o forja. El desbaste se obtiene por colada continua seguida de laminación y se transforma en productos planos o largos.

ð Productos planos.

Sección transversal rectangular. Anchura muy superior al espesor. Superficies lisas.

ð Productos planos no recubiertos. Pueden ser obtenidos por laminación en frío o en caliente (chapas y bandas). Aceros con características magnéticas y bandas para embalajes.

ð Productos planos recubiertos. Puede ser el recubrimiento por una o ambas caras con espesores iguales o diferentes. Estos recubrimientos pueden ser metálicos, orgánicos y no orgánicos. La chapa perfilada puede ser revestida o no. Chapa ondulada, nervada, etc.

ð Productos compuestos. Chapas y bandas placadas. Chapas y paneles sandwich.

ð Productos largos.

Tendrán sección recta transversal cortante a lo largo de la longitud. Generalmente superficies lisas.

ð Alambrón. Laminado en caliente.

ð Alambre. Se obtiene por deformación en frío.

ð Barras obtenidas en caliente.

ð Productos calibrados.

ð Productos corrugados para hormigón.

ð Perfiles laminados en caliente.

ð Perfiles soldados.

ð Perfiles conformados en frío.

ð Productos tubulares.


ð Otros productos.

ð Productos forjados.

ð Piezas moldeadas.

ð Piezas estampadas.

ð Productos de pulvimetalurgia.

TEMA 9. Aleación de hierro y carbono.

Estructura cristalina de hierro puro.

Enfriamos una probeta y a 1540ºC se solidifica. Si la temperatura desciende a 1390ºC aparece una detención en el descenso por que se produce un cambio en la estructura y se desprende calor (reacción exotérmica). Posteriormente se produce a los 900ºC otra detención y, por último, a los 750ºC. A estas temperaturas se las denomina temperaturas o puntos críticos. Si en vez de enfriarse, se calienta el hierro puro aparecen las mismas anomalías a temperaturas algo superiores. Estos puntos marcan la transformación de los cristales de hierro en otras variedades alotrópicas.

Variedades alotrópicas.

Se llama variedad alotrópica de un elemento a los que tienen la misma composición y distinta cristalización. El hierro cristaliza en la variedad  a los 750ºC en cúbica centrada (los átomos se hallan en centro y vértice); es magnético. La variedad  se produce entre los 750 y los 900ºC de igual estructura cristalina que la variedad , algo mayor con la separación entre átomos y no es magnético. El punto de Curie es aquel en el cual se produce el cambio de magnético a no magnético. La variedad  se halla entre los 900 y 1390ºC y cristaliza en forma cúbica centrada en caras (los átomos se hallan en los vértices y centros de las caras). El cubo es de mayor volumen, no es magnético y disuelve con facilidad el carbono. La variedad  empieza a los 1390ºC y vuelve al cubo centrado, siendo magnético.

Concentración o mezcla eutéctica: diagrama de equilibrio.

Se llama mezcla eutéctica cuando la mezcla de dos compuestos posee una temperatura de fusión o solidificación inferior, tanto a la de ellos mismos como a la de cualquier otro grado de concentración entre ambos.

Un ejemplo de mezcla eutéctica fácil de comprender es que con una mezcla de 76'5% de agua y de 23'5% de sal común la temperatura bajará a los -22ºC para solidificarse, y a partir de ese punto conforme varían los porcentajes de los elementos la temperatura vuelve a subir.

Aleación de hierro y carbono.

ð Composición.

A temperatura ambiente todo el carbono se encuentra en forma de carburo de hierro (CFe3). A mayor temperatura se disocia el CFe3 formando una solución sólida denominada hierro  (austenita). Si esta solución supera el 2% de carbono pasa a ser fundición que como límite máximo es el 6'67% denominando a esta variedad cementita y teniendo un mínimo de impurezas de fósforo, azufre, etc.

ð Constitución.

Pueden encontrarse hasta 11 constituyentes diferentes en la aleación hierro-carbono:


ð Ferrita. Se considera como hierro  puro. Prácticamente no disuelve el carbono. Muy dúctil y maleable.

ð Cementita. Es carburo de hierro (CFe3). Muy duro y frágil con un porcentaje de carbono de 6'67.

ð Perlita. Es una composición de ferrita y cementita. Su nombre procede de que al observarla aparecen irisaciones parecidas a las perlas.

ð Austenita. Es una solución sólida producida por inserción de carbono en hierro . Es muy denso. El porcentaje de carbono se encuentra entre el 0 y el 2%.

ð Martensita, Troostita, Sorbita, Bainita. Estos constituyentes se consiguen por la transformación isotérmica de la austenita.

ð Ledeburita. No es un constituyente de los aceros sino de las fundiciones.

ð Steadita. Compuesto de las fundiciones con un porcentaje de fósforo superior al 0'15%.

ð Grafito. Este es uno de los estados alotrópicos del carbono libre. Se encuentra en las fundiciones grises.

ð Estructura.

ð Cristalina. Es una estructura que no es uniforme y varía según los constituyentes, la composición y la temperatura.

ð Micrográfica. Tiene como elemento fundamental el grano. En los aceros crece con la temperatura y con el tiempo que ésta dura. Cuanto mayor es el grano, peores son sus propiedades, exceptuando la maquinabilidad.

ð Macrográfica. Tiene como elemento fundamental la fibra. Depende de la impurezas o si se le ha sometido a forja o algún otro tratamiento.

Inclusiones metálicas.

En los aceros aleados hay otros elementos en forma de carburos, como el cromo, que al combinarse con el carbono forman carburos de gran dureza. Se observan con el microscopio. Entre las inclusiones metálicas nos podemos encontrar: elementos disueltos pero no aleados en la ferrita tales como el níquel, aluminio, manganeso, silicio de igual modo que la sal en el agua ( a modo de símil); También se pueden encontrar plomo y cobre emulsionados formando bolsas dentro de la masa del acero.

Impurezas.

Pueden también encontrarse inclusiones formadas por sulfuros y óxidos que provienen, bien de los refractarios y de las escorias. Estas inclusiones perjudican al acero.

TEMA 10. Tratamientos térmicos de los aceros.

Se llama tratamiento térmico a un proceso de uno o más ciclos de calentamiento y enfriamiento, bien de un metal o de una aleación solo o en presencia de algún producto químico variando alguna de sus propiedades.

Clasificación.

*Térmicos. Son los tratamientos en los que el calor es el único agente que actúa.

ð Recocido.

Se caliente a temperatura superior a al transformación y se enfría lentamente. Se consigue ablandar el metal, se eliminan tensiones internas y se hace más maquinable.


ð Regeneración. Se consigue afinar el grano.

ð Suavización. Se atenúa la acritud. Se emplea en alambres.

ð Isotérmico. Se enfría hasta temperatura intermedia con lo que cambia su estructura y al final se enfría a temperatura ambiente.

ð Normalizado.

Calentamos a temperatura por encima de la de transformación enfriando al aire. Se adquiere estructura del tipo normal. Se suele emplear cuando el acero ha estado sometido a trabajos mecánicos fuertes que alteran su estructura.

ð Temple.

Calentamos por encima de la temperatura de transformación y se enfría rápidamente. Se consigue endurecer y aumentar la resistencia.

ð Diferido. Se enfría hasta temperatura intermedia, se mantiene para su homogeneización y se enfría hasta la temperatura ambiente.

ð Flameado. Es un temple superficial. Calentamos la superficie de la pieza mediante una llama y enfriamos en agua. El núcleo de la pieza permanece inalterable. Se suele emplear en piezas sometidas a desgaste.

ð Inducido. Se realiza mediante corriente eléctrica de alta frecuencia. Se consigue un calentamiento muy rápido y localización en partes que nos interese tratar. El precio es muy elevado.

ð Revenido.

Es un complementario del temple. Calentamos por debajo de la temperatura de transformación, se mantiene un cierto tiempo y se enfría lentamente. Con este tratamiento conseguimos rebajar los efectos de un temple enérgico.

*Termoquímicos. Actúan en el tratamiento, además del calor, agentes químicos.

ð Cementación.

Se consigue una dureza extraordinaria en la superficie aumentando el contenido de carbono en el exterior produciéndose cementita (CFe3). Calentamos por encima de la temperatura de transformación en contacto con productos carburantes, enfriando con rapidez.

Es necesario el calentamiento para que la ferrita adopte el estado alotrópico  que es aquel que es capaz de absorber carbono.

ð Nitruración.

Consiste en aumentar el contenido de nitrógeno en la superficie obteniendo nitruros de gran dureza. Se calienta por debajo de la temperatura de transformación y en un recipiente cerrado que insufla amoníaco (NH3) el cual se disocia, mezclándose el nitrógeno con los metales. Tiene la ventaja con respecto a la cementación en cuanto a la dureza, resistencia a la corrosión y la humedad.

ð Cianuración.

También llamada carbonitruración si se realiza el tratamiento con medios gaseosos. Conseguimos grandes durezas superficiales. Se suele emplear el cianuro sódico (CNNa) que a la vez suministra carbono y nitrógeno. Se utilizan baños de cianuro y un catalizador; se introducen las piezas en la mezcla anterior, se eleva la temperatura y se enfría con rapidez.


TEMA 11. Protección de los metales.

El problema más importantes que nos pueden plantear los metales son la corrosión y la oxidación que dependen de tres factores:

1. La clase y el estado del metal. Conocer su composición química, estructura, impurezas y tratamientos a los que ha sido sometido.

2. Medio en el que se va a encontrar. De esta forma conocer los niveles a los que va estar sometido de acidez, presión, temperatura, etc.

3. Contacto que va a tener el metal con el medio.

Clasificación de estos procedimientos.

ð Protección por empleo de inhibidores.

Un inhibidor es una sustancia añadida en pequeñas proporciones que disminuya o paralice la velocidad de corrosión. Pueden ser anódicos, es decir, reaccionan con las partes anódicas del metal y forma así un compuesto protector. Se suele emplear el carbonato, bicarbonato y silicato sódico. Otros pueden ser catódicos que forman compuestos protectores en el cátodo. Se suelen emplear sulfatos y aguas negras. Por último, existen los de absorción que son sustancias que colocamos encima del metal a modo de gelatina.

ð Protección por empleo de pasivadores.

En ciertos metales se forma una capa o película que paraliza o detiene la corrosión, o sea, tiene pasividad ante la corrosión. Se puede provocar por medio de un pasivador como el minio o el cromato de zinc. Para la utilización del minio primero se debe extender una capa de óxido de hierro y posteriormente la capa de minio.

ð Protección por procedimientos de recubrimientos no metálicos.

Pueden ser con grasas protectoras (sebo, vaselina, grasas consistentes) en estado sólido o líquido; también se usan capas de cemento extendiendo diferentes lechadas de cemento Portland que absorben pequeñas capas de óxidos y se espera entre capa y capa a que el cemento frague.

ð Por fosfatación.

ð Pinturas.

ð Protección con recubrimientos metálicos.

En general, se trata de que obre un metal extender una capa de metal protector de fácil adherencia y compacidad. Antes de cualquier procedimiento se deberá limpiar y si fuera necesario decapar.

Procedimientos.

ð Electrólisis.

En el ánodo colocamos el metal protector y en el cátodo la pieza a proteger. En la cuba eletrolítica una solución del metal protector. Generalmente empleamos metales de alto punto de fusión como el cobre y el cromo y, a veces, el oro y la plata como decorativos. El nitrógeno es bueno contra la corrosión y la oxidación pero se empaña con la humedad. Para eliminar este inconveniente se cubre con cromo. En ambientes tropicales se emplea el cadmio.


ð Pulverización.

Fundimos el metal en forma de hilo por cualquier medio y se proyecta con pistola de aire comprimido sobre el metal a cubrir. La ventaja es que se realiza en obra y se suelen utilizar el plomo y el zinc.

ð Sinterización.

Introducimos las piezas en unos tambores que giran. En su interior hay metal en polvo que sirve para el recubrimiento. Calentamos los tambores a la temperatura de fusión pero sin alcanzarla, el polvo penetra y se adhiere al metal que se quiere proteger. Generalmente este método se utiliza para el aluminio y el zinc.

ð Amalgamación.

Se trata de cubrir con unas planchas denominadas amalgamas aplicándose sobre el metal. Los más empleados son los de oro y plata. A veces se sustituye por bronce.

ð Fusión.

Se trata de cubrir el metal con zinc, estaño y plomo introduciendo la pieza en un baño fundido de metal protector. Existen tres tipos según el metal protector:

Galvanizado. También se llama zincado. Se introduce el acero en una capa de zinc gruesa. Primero se limpia la superficie aplicando un mordiente, generalmente un ácido diluido. El zinc fundido se protege con el cloruro de amonio para que no arda. Se lava y se friega con arena, después se sumerge en agua y finalmente se limpia con serrín. Se fabrican chapas acanaladas, alambres y tuberías de agua fría.

Estañado. Se introduce en un horno a temperatura superior a la de fusión del estaño, posteriormente a su limpieza. Se trata con cloruro de amonio para disolver la posible capa de óxido. Por último, se introduce en estaño fundido y se frota con cualquier elemento para secarlo. Se suele emplear para obtener hojalata.

Emplomado. Es un tratamiento mixto: primero se estaña y después se emploma. Después de limpio, se trata con cloruro de amonio. En un principio se estaña y posteriormente se sumerge en un baño de plomo fundido. Tiene la ventaja de no oxidarse y tiene un aspecto brillante. Se utiliza a la intemperie para materiales de cubierta.

Influencia de los elementos de aleación.

Aceros especiales.

ð Aceros de fácil mecanización.

ð Aceros de fácil soldadura.

ð Aceros con propiedades magnéticas.

ð Aceros de alta y baja frecuencia.

ð Aceros resistentes a al fluencia.

Aceros inoxidables.


Son los que resisten la corrosión atmosférica, los ácidos, el álcalis y la oxidación a no muy altas temperaturas. El elemento que más influye en la resistencia a la corrosión y oxidación es el cromo. Con un 12% de cromo se impide la corrosión en ambientes húmedos, con mayor porcentaje la oxidación a altas temperaturas y si se alea con níquel, mejoran las resistencias. Son malos conductores de la electricidad y de la conductividad térmica. Pueden ser magnéticos y amagnéticos, por lo que al elegir un acero inoxidable se tendrá en cuenta sus propiedades y los procesos de fabricación. Siempre se elegirá si cumple con los objetivos al que se va a destinar. El de menor aleación es el más económico.

ð Resistencia a la corrosión.

Con el 12% de cromo resiste la corrosión atmosférica. Se necesita más porcentaje de metal para resistir la corrosión. La añadidura de níquel aumenta la resistencia. El denominado 18-8 (18% de cromo y 8% de níquel) asegura durante más de diez años y resiste ácidos oxidantes. Ante sales y cloruros y otros compuestos se tomarán precauciones. Los ataques varían según la concentración del agente agresivo. Se deben tener las superficies limpias y, aún mejor, pulidas para evitar sustancias y poros en ésta. Todos deben pasivarse para evitar oxidación y corrosión. Los aceros inoxidables templados son los de mayor dureza.

ð Sensitivación.

La película de óxido de cromo evita la formación de escamas. Si calentamos a cierta temperatura, el carbono se desplaza a la superficie y en los aceros al cromo-níquel se combina con el cromo formando carburos. Esta precipitación de los carburos se conoce como sensitivación. Se provoca que los granos cerca de la superficie se quedan sin cromo y pueden ser atacados por agentes agresivos.

Clasificación.

ð Aceros inoxidables martensíticos.

Admite el temple y quedan una estructura martensítica cuando están bien templados. Son aleaciones del 12 al 18% de cromo, hasta el 3% de níquel y hasta el 1% de carbono. Son magnéticos, de gran dureza y buena soldabilidad. Son trabajables en caliente, no tanto en frío. Resisten la corrosión de ácidos débiles y oxidación hasta los 700ºC. Las clases:

ð Extrasuave. Carbono 0'08% y cromo 13%. Instalaciones sanitarias.

ð De cuchillería. Carbono 0'3% y cromo 13%. Mayor resistencia. Cuchillos.

ð Al cromo-níquel. Níquel 3%. Resisten al agua de mar. Barcos.

ð Duros. Carbono 1% y cromo 17%. Gran dureza. Rodamientos y material quirúrgico.

ð Aceros inoxidables feníticos.

No son templables. Tienen mayor resistencia a la oxidación y la corrosión. Son de fácil soldabilidad, magnéticos y conservan su estructura fenítica a cualquier temperatura. Las clases:

ð Carbono 0'1% y cromo 16%. Resisten la corrosión.

ð Carbono 0'1% y cromo 27%. Resisten la oxidación a 1000ºC y a los gases sulfurosos.

ð Aceros inoxidables austeníticos.

Son aceros al cromo-níquel en los cuales el níquel aumenta la resistencia y el cromo la corrosión. Conservan la estructura austenítica a temperatura ambiente. No son templables, son amagnéticos y los más empleados. Las clases:

ð El acero 18-8 (18% de cromo y 8% de níquel). Su empleo es muy elevado

ð El acero 12-12 (12% de cromo y 12% de níquel). Es muy dúctil.

Empleo y formas comerciales de los aceros inoxidables.

ð Fachadas.

Muros cortina, paneles, recubrimientos de fachadas.


ð Cubiertas.

ð Carpintería metálica.

Ventanas, puertas y persianas. Estructuras, escaleras y pasamanos. Rejas, pantallas, claraboyas y enrejadas. Divisiones. Elementos decorativos, cerraduras y raíles. Ascensores.

ð Complementarios.

Electrodomésticos, campanas, cocinas y fregaderos. Chimenea. Calefacción. Ventilación, herrajes y rejas. Aparatos sanitarios y mobiliario sanitario. Accesorios de fontanería. Decoración, mobiliario de oficina, estanterías y armarios.

ð Industrias.

Cervecera, cárnica, alimentaria, cosmética, frigorífica, química, petroquímica, térmica, -+tintorería, calderería, cubertería, aviación, reactores, aparatos científicos.

ð Formas.

Chapa fina y gruesa. Fleje. Barras cuadradas, redondas, hexagonales, pletina. Tubos. Ángulos y tes. Alambres, perfiles extrusionados, piezas fundidas y perfiles especiales.

TEMA 13. Aceros para hormigón. EH-91.

TEMA 14. Estructuras de acero en la construcción. EA-95.


TEMA 15. Aluminio.

Aluminio.

Se utiliza mucho en construcción debido a que, aunque es muy caro, es ligero y posee una buena resistencia a los agentes atmosféricos.

Abunda en la naturaleza. No se presenta en estado natural y lo encontramos en feldespatos, micas, caolín y sobre todo en forma de óxido de aluminio hidratado, la bauxita (de este elemento se obtiene el 99% del aluminio).

Obtención del aluminio.

Concentramos la bauxita quitando las impurezas mediante la separación, concentración u otro método diverso. No se puede reducir por carbonación debido a su mayor afinidad con el oxígeno.

Una vez concentrada la bauxita se calcina y mezcla con sosa cáustica, se introduce un germen de cristales de hidróxido de aluminio obteniendo el hidróxido de aluminio. Después se calcina en horno alto y se obtiene el óxido. Posteriormente, el óxido se introduce en una cuba electrolítica en la cual el ánodo será barras de carbono y el cátodo la misma cuba. Se deposita el aluminioen el fondo y se extrae por un orificio. La colada se hace en forma de lingotes con una pureza cercana al 100%.

Propiedades.

Es dúctil, maleable, tenaz y blando. Tiene un color azulado y como todo metal posee una gran conductividad térmica y eléctrica. No se oxida. Tiene una densidad de 2'56 kg/cm3. Su resistencia a la tracción es de 30 kg/mm2.

Formas comerciales.

Perfiles en general: doble T, en T, angulares, en U, etc. También viene presentado en forma de chapas, molduras y formas tales como redondos, cuadrados, rectángulos, etc.

Empleo.

En general, se usa en forma de láminas, prensado, fundido, en perfiles y en forma de polvo. En la construcción, en cubiertas en forma de chapas onduladas, lisas o tejas; en paneles de fachada; viviendas prefabricadas; en carpintería metálica de puertas y ventanas; en fachadas resistentes y, a veces, en puentes.

Anonizado.

Se hace por medio de una oxidación artificial o mediante electrolisis pudiendo colorear con pigmentos minerales. Con esto se consigue una mayor resistencia a la corrosión.

Aleaciones de aluminio.

ð Aleación de cobre.

Aumenta la resistencia. Se emplea en estructuras.

ð Aleación de magnesio.

Se obtiene mayor ligereza y mejora las propiedades mecánicas.

ð Aleación de silicio.

Da mayor fluidez. Se emplea en aeronáutica.


ð Aleación de zinc.

Se obtiene mayor resistencia a tracción.

ð Duraluminio.

Es una aleación de cobre, magnesio y manganeso. Se puede templar.

TEMA 16. Cobre.

Cobre.

El cobre se encuentra en masas o en pepitas en estado natural. El principal mineral de cobre es la calcopirita, sulfuro de cobre y hierro de donde se extrae el cobre.

Obtención.

Se tuesta en hornos verticales de varias soleras. Se funde en hornos de cuba. Después, se lleva a un convertidor de donde se obtiene el cobre negro y, por último, se puede afinar por electrolisis.

También se puede obtener el cobre por medio de la vía húmeda, transformando el sulfuro en productos solubles bien sean sulfatos o cloruros. Posteriormente, se lavan estos productos calcinados, se recogen las aguas que llevan los sulfatos y se precipita el cobre con el hierro.

Propiedades.

Es maleable, dúctil y de color rojizo. Tiene una gran resistencia a la corrosión. Es un buen conductor del calor y la electricidad. Se puede aumentar su resistencia a tracción bien por laminado en frío o trefilado.

Formas comerciales.

Se suele encontrar en forma de planchas, alambres, recipientes y tuberías.

Aleaciones.

ð Latón.

Es una aleación de cobre y zinc. Existen latones comunes como el rojo, el amarillo, el blanco y el metal denominado como muntz para tuberías. Los latones especiales se les añade además plomo o aluminio, existiendo la aleación denominada como alpaca, de cobre, zinc y níquel.

ð Bronce.

Es una aleación de cobre y estaño. Existen diferentes tipos de bronces: comunes, fodforosos, de cañones y de plomo y silicio.

ð Otras aleaciones.

Otras aleaciones son de cobre y berilio y de cobre y aluminio.

TEMA 17. Plomo.

Plomo.

No se encuentra de forma nativa en la naturaleza. El mineral principal del cual se obtiene el plomo es la galena, sulfuro de plomo.

Obtención.

La galena se somete a tostación pasando el sulfuro a óxido que por medio de reacción o de reducción se obtiene el plomo. Por reacción en horno de reberbenero con solera inclinada hacia un recipiente donde recogemos el plomo. Por reducción en horno de cuba mediante carbono o monóxido de carbono; debido a que contiene muchos finos se entorpece la salida de los gases por lo que conviene la sinteración.

Para eliminar impurezas se realiza el afino. Se hace por oxidación eliminando periódocamente las espumas de los óxidos metálicos.

Por medio de la electrolisis se obtiene una gran pureza. En el ánodo se colocan placas de plomo impuro que se disuelven y en el cátodo láminas de plomo puro donde se va depositando el plomo purificado.

Propiedades.

El plomo es dúctil y plástico. Es de color gris, muy blando, muy bajo punto de fusión e impermeable a las radiaciones.

Empleo.

Los óxidos y carbonatos de plomo se usan en pinturas bien como colorantes o como protectores (minio). Por su plasticidad se puede laminar, extrusionar, moldear, trefilar, etc.. Por su bajo punto de fusión se utiliza en fusibles eléctricos.

En cubiertas, placas de asiento, juntas de dilatación, tuberías, etc.

Formas comerciales.

Las formas más comunes son planchas, chapas, tubos, lingotes, alambres, botes sifónicos.

Aleaciones.

La aleación más común es la de plomo y antimonio. Toma el nombre de plomo duro. Otra aleación de plomo es la obtenida con calcio; mejora la resistencia a la corrosión y se emplea en baterías.

TEMA 18. Zinc

Zinc.

No se encuentra en estado nativo en la naturaleza. Los minerales más importantes de donde se extrae el zinc son la calamina, carbonato de zinc, y la blenda, sulfuro de zinc.

Obtención.


Por vía seca, se convierte en óxido el mineral por medio de tostación el sulfuro y mediante calcinación el carbonato. La reducción por carbón con el zinc en estado gaseoso empleando el método llamado verga o por horno de mufla vertical. La destilación fraccionada se realiza para eliminar impurezas aprovechándose de las diferentes temperaturas de ebullición de las impurezas.

Por vía húmeda, una vez formado el sulfato de zinc por tostación de la blenda o tratando los óxidos con ácido sulfúrico diluido mediante la electrolisis en el cátodo se colocan zinc y aluminio separados con celulosa y en el ánodo, plomo.

Propiedades.

Las propiedades mecánicas son poco apreciables. Tiene un bajo punto de fusión y un color blanco azulado. Resulta quebradizo a temperatura ambiente y a más de 200ºC; a unos 100ºC se puede laminar, aumentando su dureza. Se emplea como elemento protector bien como chapa o depositándolo sobre otro metal (galvanizados y sheratizar).

Formas comerciales y empleos.

Se emplean en cubiertas en general, depósitos, recubrimientos sobre madera y metal y vagones de ferrocarril y se presentan en formas de chapas lisas, onduladas, clavos de sujeción en materiales de cubiertas.

Aleaciones.

La aleación más conocida y utilizada es la de zinc y cobre denominada zilloy, con un contenido de cobre muy bajo cercano al 1%. Se adquiere mayor rigidez y resistencia a la corrosión. También se alea con aluminio que según las proporciones permiten mejorar el moldeo para piezas complicadas u obtención de cojinetes.

TEMA 19. Estaño.

Estaño.

Se puede encontrar de forma nativa pero es muy improbable. El mineral principal del cual se extrae el estaño es la casiterita (óxido de estaño).

Obtención.

Se obtiene en horno de reverbero sobre los que se ejerce con palos de leña verde cierto movimiento que purifica el metal.

Propiedades.

A una temperatura superior a 18ºC tiene una tonalidad amarillenta. A menor temperatura es grisáceo. Es blando, maleable. En láminas muy finas se denomina papel de plata. A temperatura ambiente es inoxidable. Escasa resistente a tracción.

Formas comerciales.

Se presenta en lingotes, barras, rollos y alambres.

Empleo.

La chapa de hierro cubierta de estaño se denomina hojalata. También se emplea en forma de sales para pinturas, en aleaciones como el bronce y en aleaciones blandas para fontaneros y hojalateros.