Metales: Siderurgia

Arquitectura. Propiedades. Procesos. Fundición: afino. Colada. Hierro. Acero. Aleaciones. Inoxidables. Aliuminio. Cobre. Plomo

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TEMA 1: EL ESTADO METALICO

INTRODUCCIÓN

En los metales, sus átomos tienden a perder sus electrones periféricos, es decir, ionizar­se positivamente. Su enlace es característico (es decir es único).

Generalmente son buenos conductores de la electricidad y el calor. Presentan buena plasticidad, es decir, se deforman una vez sobrepasado el limite elástico sin romperse.

Suelen tener aspecto brillante.

ENLACE METÁLICO

Es una forma de unión interatómica de carácter primario debida a que los electrones de valencia tienen facilidad de movimiento, formándose una nube electrónica que facilita que di­chos electrones conduzcan energía eléctrica interna.

ESTADO CRISTALINO Y AMORFO

Dentro del estado sólido distinguimos el cristalino y el amorfo. El primero es visible me­diante rayos-X presentando ordenación interna de los átomos. En el segundo no existe tal or­denación.

En el estado cristalino, debido a esta ordenación, el comportamiento del material no es igual en presencia de agentes externos por lo que hay que tener en cuenta las direcciones de acristalamiento. A esto se le llama anisotropía.

En el estado amorfo sus propiedades son iguales en cualquier posición, es lo que se llama isotropía.

ESTRUCTURA DE LOS METALES

Puede ser:

Cristalina: El elemento fundamental es el cristal, que se puede observar mediante rayos-X

Micrográfica o granular: el elemento fundamental es el grano. Se observa con microsco­pio. Los granos están formados por agrupación de los cristales.

Macrográfica o fibrosa: El elemento fundamental es la fibra, que se observa a simple vista.

ALOTROPÍAS

Un cuerpo es alotrópico si tiene la misma composición y distinta cristalización.

TEMA 2: PROPIEDADES DE LOS METALES

PROPIEDADES GENERALES

Mecánicas: Resistencia que presenta el material a la rotura, deformabilidad, tenacidad, dureza y soldabilidad.

Térmicas: las que afectan a la dilatación y conductividad.

Químicas: Resistencia a la agresión de los elementos nocivos como pueden ser oxida­ción y corrosión.

En general los metales son productos que presentan la misma resistencia a tracción y a compresión, y además nos permiten tratarlos superficialmente para modificar o mejorar su acabado final.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Resistencia a la rotura:

Resistencia que opone el material a romperse por un esfuerzo mecánico exterior. De­pende de la cohesión entre sus moléculas.

Deformabilidad:

Es una propiedad que da a los materiales la posibilidad de deformarse antes de su rotu­ra. Esta deformación puede ser permanente (plasticidad) o no (elasticidad).

La elasticidad es la propiedad de algunos materiales de deformarse proporcionalmente a las cargas y volver a su estado primitivo cuando deja de actuar dicha carga. Estos materiales siguen la ley de Hooke.

La plasticidad es la propiedad de los materiales para deformarse sin fisuras no recupe­rando su estado primitivo al cesar las cargas.

Ductilidad: Es la aptitud que presenta un metal para ser deformado en forma de alambre mediante esfuerzos de tracción, estando el mismo en estado plástico.

Maleabilidad: es la aptitud que presenta un metal para ser deformado en láminas mediante esfuerzos de compresión, estando el mismo en estado plástico.

La acritud es la propiedad de un metal de aumentar su dureza y su resistencia a tracción por efecto de las deformaciones.

La fragilidad es la propiedad de algunos metales de no poder experimentar deformacio­nes plásticas, de forma que al superar su límite elástico se rompen bruscamente.

La fluencia es la pérdida de resistencia que sufre un metal al pasar el tiempo sometido a cargas inferiores a la de rotura

Tenacidad:

La tenacidad nos expresa el trabajo que realiza un metal cuando es sometido a esfuerzos exteriores que lo deforman hasta la rotura. Esta característica nos define la trabajabilidad del metal

Dureza:

Es la capacidad que presenta el metal a ser deformado en su superficie por la acción de otro material. Distinguimos varios tipos de dureza: al rayado, a la penetración, al corte y dureza elástica.

Soldabilidad:

Propiedad que presentan algunos metales por la que dos piezas en contacto pueden unirse íntimamente formando un conjunto rígido.

Con la soldadura se produce una recristalización de los materiales mediante la acción de calor y de una fuerza de compresión. Hay tres tipos de soldadura:

Soldadura eléctrica: la unión se calienta mediante el paso de corriente eléctrica.

Soldadura por fusión: las piezas se ponen en contacto, se calientan y provocan un es­tado de fusión consiguiendo una intima unión.

Soldadura autógena: En la operación no interviene ningún otro metal.

PROPIEDADES TÉRMICAS

Conductividad eléctrica:

Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él la corriente eléc­trica. Este fenómeno se produce por una diferencia de potencial entre los extremos del metal.

Conductividad térmica:

Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él una cantidad de calor. El coeficiente de conductividad térmica k nos da la cantidad de calor que pasaría a través de un determinado metal en función de su espesor y sección.

Dilatación:

Es el aumento de las dimensiones de un metal al incrementarse la temperatura. No es uniforme ni sigue leyes determinadas.

PROPIEDADES QUÍMICAS

La actividad química del metal depende de las impurezas que contenga y de la presencia de elementos que reaccionan con estas, dependiendo también en menor medida de la tem­peratura y zonas de contacto. Distinguimos fundamentalmente dos reacciones: oxidación y corrosión.

Oxidación:

La oxidación se produce cuando se combina el oxigeno del aire y el metal.

La oxidación es superficial, produciéndose en la capa más externa del metal y protegien­do a las capas interiores de la llamada oxidación total. El óxido no es destructivo.

Corrosión:

Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto.

Cuando es producida por el oxígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial hasta el interior del metal lo que provoca su total destruc­ción.

Corrosión general: Cuando es en toda la superficie, se protege con facilidad.

Corrosión intercristalina: Se debe a las impurezas y no se advierte a simple vista.

Corrosión localizada: Se localiza en sitios poco visibles y pasa desapercibida hasta que se rompe la pieza.

TEMA 3: PROCESOS GENERALES METALÚRGICOS

METALURGIA

Se entiende por metalurgia el conjunto de operaciones mecánicas y químicas necesarias para la obtención de metales de los minerales que los contienen y estudiar sus propiedades y aplicaciones.

LOS METALES EN LA NATURALEZA

Los minerales sacados de los yacimientos raramente se encuentran puros. El mineral se encuentra combinado con otras materias formando la mena, a la que acompañan sustancias de naturaleza terrosa como nuevas impurezas llamadas ganga.

Primero se separa la mena de la ganga y a continuación el metal de la mena.

OPERACIONES PREPARATORIAS DE LOS METALES

Trituración:

Operación para reducir el tamaño de la piedra extraída en cantera para poder manipular­la. Se realiza siempre en seco, comprimiendo la piedra mediante machacadoras, que son las encargadas de realizar el quebrantamiento primario, distinguiendo dos tipos: de mandíbula y de conos.

Luego se pasa a los trituradores que son los encargados del quebrantamiento secunda­rio. Constan generalmente de dos rodillos que giran enfrentados pasando el material entre am­bos rodillos.

También existen los trituradores denominados de gravedad. Constan de dos mazos que caen por su propio peso y que usamos cuando queremos un quebrantamiento muy fino.

Molienda:

Se puede realizar con el material seco o húmedo. Se utiliza para dejar el material reduci­do a polvo. Para ello se pueden utilizar dos tipos de molinos:

Molino Raymond: Consta de un cilindro de tramo fijo y unos rodillos interiores que reco­rren sus paredes pulverizando el material.

Molino Rotatorio: Consta de un cilindro giratorio dentro del cual hay unas bolas de acero que son las encargadas de moler el material.

Clasificación:

Consiste en separar el material por tamaños. Puede ser:

Por medios mecánicos: Empleando cribas de bastidor cuadrado o circular con diferentes tamaños de mallas, haciendo pasar el material a través de ellas mediante un movimiento de vaivén

Por medios hidrodinámicos: Metemos las partículas en un líquido y por la distinta veloci­dad de caída se estratifican por tamaños, los más gruesos van al fondo y los más finos quedan en la parte superior. Generalmente se utilizan los separadores de Evans y los de Pistón

Concentración:

Proceso por el cual hacemos una primera separación de la mena y la ganga. Distingui­mos dos procesos:

Flotación: Se usa éste método con metales que tienen gran adherencia a las burbujas de aire. Hacemos pasar una corriente de aire a presión de forma que las partículas se rodean de una capa gaseosa que las hace flotar, formándose una espuma en la superficie que reco­gemos mediante medios mecánicos, extrayendo la ganga. Para mejorar la adherencia se em­plean activos químicos.

Separación magnética: Creamos un campo magnético donde se introducen las partículas y donde los cuerpos diamagnéticos (el metal) son atraídos por el imán y los cuerpos paramag­néticos (impurezas) son repelidos.

Afino de los metales:

Rara vez la primera extracción del metal nos da la calidad requerida, por lo que tenemos que seguir eliminando impurezas. Para ello recurrimos a alguno de estos tres métodos de afino:

Fusión: Se emplea cuando el metal y las impurezas funden a distintas temperaturas.

Reacción selectiva: Se emplea cuando las impurezas son más afines con otros elemen­tos que con el propio metal, formándose una escoria de fácil eliminación (este es el método utilizado en los convertidores)

Electrólisis: Por este procedimiento se llega a obtener una pureza del 99%. Para ello co­locamos en el ánodo barras del metal impuro y en el cátodo láminas de metal puro y como electrolito utilizamos una sal mineral

FUNDENTES

Son sustancias que se añaden para rebajar el punto de fusión del metal y que al mismo tiempo se mezclan con las impurezas, eliminándose ambas materias posteriormente a la vez.

Cuando la ganga es ácida se usan fundentes básicos (cal, fosfato cálcico)

Cuando la ganga es básica los fundentes son ácidos (sílice, pizarra, areniscas)

COMBUSTIBLES

Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

Sólidos: madera y carbón de hulla, antracita o de coque, que es el residuo de calentar la hulla a gran temperatura.

Líquidos: Gasóleo y otros derivados del petróleo.

Gaseosos: Gas natural, gas del alumbrado, gas de agua...

TRABAJO DE LOS METALES

Consiste En dar forma al metal obtenido en bruto.

Forja:

Se trata de trabajar el metal golpeándolo en frío o en caliente. Se puede realizar a mano con martillo y yunque, o mecánicamente por medio de levas o martillos neumáticos.

Laminación:

Consiste en hacer pasar la pieza por cilindros laminadores que giran en sentido contrario al de paso, modificando su forma y dimensiones.

El tren de laminación es el conjunto de instalaciones, cilindros y armaduras que van configurando la forma y dimensión de la pieza. La pasada es la operación de pasar la pieza en­tre los rodillos.

Tipos de trenes:

Denominación de los trenes:

De desbastado: para laminar lingotes al rojo.

Intermedio o de formar: para fabricar todo tipo de perfiles

De acabar: para fabricar redondos, cuadradillos y chapas

Trefilado:

Consiste en hacer pasar el metal por unas boquillas llamadas hileras. Éstas boquillas son unos agujeros troncocónicos hechos de una matriz. Pasamos el metal tirando de él, de manera que va disminuyendo su diámetro. Se puede hacer por pasos sucesivos o por una sola pasada por varias hileras sucesivas. Con este método se consiguen alambres calibrados.

Fusión:

Rellenamos un molde con el metal fundido, generalmente al salir del horno, y al enfriar­se se solidifica adquiriendo la forma del molde. Los moldes más utilizados son los de sílice y los de arcilla. En este método tenemos el problema de que se pueden producir defectos como las grietas y las sopladuras, rompiéndose la homogeneidad del metal.

Mecanizado:

Son todas las operaciones de terminación del metal como pueden ser: esmerilado, corte, soldadura, tratamientos superficiales, etc. ; y que se aplica para tener un perfecto ajuste de las piezas. Para ello utilizamos herramientas como los tornos y las fresadoras.

TEMA 4: SIDERURGIA

SIDERURGIA

Es el estudio, aplicación y normativa vigente referida al acero. También es aplicable a los concernientes al hierro, dado que generalmente lleva carbono.

Metales férreos:

El hierro nativo es muy escaso, pero hay minerales que tienen hasta un 70% de él.

Óxidos de hierro: Oligisto, Magnetita y Hematíes roja y parda (" 70 %)

Carbonatos: Se calcinan y se transforman en óxidos (40 - 50 %)

Sulfuros: Se someten a tostación y se transforman en óxido (40 - 50 %)

Silicatos: Difíciles de tratar.

Productos siderúrgicos:

Los productos siderúrgicos, que conocemos con la denominación de hierro, atendiendo a su proporción de Carbono son los siguientes:

Hierro puro: con una cantidad menor al 0,02% de Carbono. Es un material sin utilidad in­dustrial, blando, maleable y no soldable.

Acero: el Carbono está entre el 0,02% y el 2%, presenta gran dureza y tiene distintas aplicaciones en función de la cantidad de Carbono. Además, se puede mejorar añadiéndole Cromo, Níquel...

Fundición: su cantidad de Carbono es mayor del 2% (entre el 2% y el 4%) No es soldable y solamente se usa industrialmente mediante moldeo. No se puede trabajar por medios mecá­nicos.

EL HORNO ALTO

En el Horno Alto obtenemos el arrabio, lingote de 1ª fusión, hierro bruto o fundición (todo es lo mismo); con más del 2% de Carbono. Una vez obtenido, se puede comercializar o seguir el proceso siderúrgico.

El Horno Alto tiene una altura de 30 metros aproximadamente y su diámetro interior puede llegar hasta los 8 metros. Presenta paredes metálicas interiormente y de ladrillo refrac­tario exteriormente, llegando a un espesor de 3 metros en el crisol y 1,5 metros en las demás zonas. Pegadas al horno hay unas estufas recuperadoras de calor, llamadas Cowper.

Partes del Horno Alto:

Tragante: Tiene forma de campana y es por donde se introducen los materiales.

Cuba: tiene forma de tronco de cono y ocupa aproximadamente las 2/3 partes de la al­tura.

Vientre: Es la parte baja del horno, tiene forma cilíndrica y separa la cuba del atalaje.

Atalaje: Es de forma troncocónica invertida y es donde se produce la carburación del horno y se insufla el aire.

Crisol: es de forma cilíndrica, es la parte más baja del horno en la que se deposita el metal fundido.

Toberas: Situadas justo encima del crisol, es por donde se inyecta el aire para la com­bustión.

Bigoteras: Están en la parte superior del crisol y es por donde se extraen las escorias (que flotan)

Piqueras: Están en la parte inferior del crisol y es por donde obtenemos el arrabio.

Zonas del Horno Alto:

Distinguimos cuatro zonas atendiendo a los distintos procesos y temperaturas que en ellas se dan:

Zona de Desecado: Se alcanzan temperaturas de hasta 400 ºC

Zona de Reducción: Se alcanzan temperaturas entre 600 ºC y 800 ºC

Zona de Carburación: Se produce la entrada de oxígeno y se alcanzan sobre los 1000 ºC

Zona de Fusión: Se produce la fusión de la mena y la ganga, alcanzándose hasta 1400 ºC

Productos resultantes del Horno Alto:

Son el arrabio o fundición, las escorias y los gases

El arrabio se puede destinar directamente a alimentar el mezclador para llevarlo al horno de afino o realizar con él lingotes de 1ª fusión, que se suelen emplear para fundirlos de nuevo y transformarse en acero mediante los convertidores. También puede destinarse al moldeo de piezas mediante fusión.

Las escorias están formadas par la cal del fundente, la alúmina de la ganga y las calizas del carbón. Según el proceso de enfriamiento podemos distinguir:

Escoria normal: Enfriada al aire, se utiliza como árido en algunos hormigones.

Escoria granulada: Se enfría bruscamente echándole agua. Se utiliza como adición en los cementos.

Escoria dilatada: Se enfría con una pequeña cantidad de agua y se utiliza para aislantes térmicos y hormigones ligeros.

De los gases se aprovecha el calor para ahorrar energía.

TEMA 5: AFINO DE LA FUNDICIÓN

RECORRIDO DEL ARRABIO PARA LA OBTENCIÓN DEL ACERO

TIPOS DE AFINO

El arrabio obtenido en el Horno Alto contiene un alto porcentaje de carbono y otras im­purezas. Para la obtención del acero debemos disminuir este porcentaje de carbono y eliminar las impurezas.

El principal elemento para afinar es el oxígeno, dado que se combina con los distintos elementos de la fundición formando los correspondientes óxidos que se eliminan en forma de escorias.

Para obtener el acero podemos afinar el arrabio:

En estado sólido o recocido

En estado pastoso

En estado líquido, a la salida del Horno Alto y a través de un mezclador se lleva al horno de afino o convertidor.

AFINO DE RECOCIDO O EN ESTADO SÓLIDO

Se calienta la fundición en contacto con elementos oxidantes. El carbono pasa a CO, que se difunde en la superficie y se oxida nuevamente transformándose en fundición blanca malea­ble. Si continuamos el recocido obtendremos el acero.

AFINO EN ESTADO PASTOSO

Calentamos el arrabio hasta fusión. A medida que desaparece el carbono, se va haciendo pastoso apareciendo cristales de hierro. Entonces se trabaja mecánicamente divi­diendo la masa en bolas, llamadas zamarras, que sacamos del horno.

Se someten a un cinglado para eliminar escoria, y antes de enfriarse, se pasan por un tren de laminación

Así se obtiene el hierro pudelado, que se utiliza en bulones, cadenas, remaches...

AFINO EN ESTADO LÍQUIDO

El afino se realiza generalmente en estado líquido ya que así se ahorra combustible. Para realizar este afino utilizamos los denominados convertidores.

A veces, debido al desfase productivo, debemos utilizar un elemento intermedio entre el Horno Alto y el convertidor para mantener el arrabio en estado líquido. Este elemento es el mezclador.

El mezclador:

El mezclador es un recipiente intermedio y regulador entre el Horno Alto y el convertidor.

Tiene forma cilíndrica y está sentado sobre unos rodillos para que pueda bascular. Está revestido interiormente con ladrillos refractarios. Su capacidad debe ser suficiente para admitir como mínimo el arrabio producido por el Horno Alto en un día.

Se carga mediante cuchara y se descarga basculando. El caldeo se realiza mediante quemadores para compensar la pérdida de calor y mantener el arrabio líquido. Se inicia el afino y se homogeneiza la carga.

CONVERTIDORES DE AIRE (para afino en estado líquido)

Convertidor Bessemer:

Procedimiento por el que se elimina C e impurezas oxidándolas con el oxígeno del aire. Se llama ácido, por que no elimina ni el P ni el S ya que sería necesaria una escoria básica que atacaría al material refractario del convertidor.

El convertidor tiene forma de pera con apertura superior, un diámetro medio de 1,5 m y una altura aproximada de 30 m. Interiormente tiene una capa de material refractario de 70 a 30 cm de espesor. Está soportado por unos muñones laterales que le permiten bascular para la carga y la descarga y en el fondo tiene unas toberas para insuflar el aire.

Proceso: Para la carga se coloca el convertidor en posición horizontal. Una vez colocado de nuevo en posición vertical, comienza el soplado. El Si y el Mn se oxidan con una reacción exotérmica Una vez oxidado el Si, se comienza a oxidar el C, ya que necesita una mayor tem­peratura, pudiéndose llegar a eliminar totalmente.

Procedimiento Thomas:

Procedimiento por el que se elimina C e impurezas oxidándolas con el oxígeno del aire. Se llama básico, ya que elimina el P y el S utilizando por tanto escoria básica.

Dado que su misión es eliminar el P y el S, generalmente se carga con el material obte­nido en el procedimiento Bessemer. El material debe tener muy poco contenido en Si ya que estropearía el recubrimiento básico.

El convertidor tiene forma de pera con apertura superior, un diámetro medio de 1,5 m y una altura aproximada de 30 m. Interiormente tiene una capa de material refractario básico de 70 a 30 cm de espesor. Está soportado por unos muñones laterales que le permiten bascular para la carga y la descarga y en el fondo tiene unas toberas para insuflar el aire.

Proceso: Para la carga se introduce primero la cal, luego se inclina un poco más y se añade la fundición. Una vez colocado de nuevo en posición vertical, comienza el soplado. En primer lugar se oxida el poco Si que queda, después el Mn y, cuando desaparece todo el Si, comienza a reducirse el C. El P y el S se eliminan convirtiéndose en fosfato y silicato de cal. Para reducir el P se debe prolongar el proceso, por lo que la presencia de Mn es importante para evitar la oxidación del hierro. Para la descarga, primero vertemos las escorias, que se utili­zan como fertilizantes

CONVERTIDORES DE OXÍGENO (para afino en estado líquido)

Convertidor LD:

Tiene la forma de un convertidor normal. Es el de mayor capacidad de producción ya que, en vez de aire, se inyecta oxígeno puro, lo que aumenta la temperatura de afino activando así las reacciones. Esto hace que disminuya la duración del proceso y mejore la calidad del acero.

La operación de soplado se realiza por medio de una lanza que se introduce por la boca del convertidor.

Como materias primas introducimos hierro bruto o en estado líquido, chatarra, mineral de hierro y, para que se produzca la formación de escorias, cal y caliza, lo que implica que el recubrimiento debe ser de carácter básico.

Convertidor Kaldo:

Es análogo al LD pero está inclinado respecto a la horizontal y presenta un movimiento rotatorio.

La presión de entrada del oxígeno puede ser menor y se homogeneiza la temperatura en toda la masa. Tiene mayor contacto entre la escoria y el baño, lo que activa las reacciones. Además, admite mayor porcentaje de chatarra.

OTROS MÉTODOS (de afino en estado líquido)

Procedimiento Martín-Siemens / Horno de solera / Afino en solera:

Es una solera en la que se depositan las materias primas. La cubeta es de forma rectan­gular y está inclinada hacia el orificio de salida. Por el exterior de la solera circula aire para refri­gerar la bóveda. La bóveda es de ladrillos refractarios silíceos. Los gases del horno pasan por unos aspiradores recuperadores que invierten el sentido de circulación produciendo elevadas temperaturas. En las paredes laterales están situados los quemadores que funcionan por com­bustible gaseoso. El revestimiento refractario de las paredes es de Si para el procedimiento ácido y de Mg para el básico.

Proceso ácido: La reducción del C no se hace sólo por oxidación, sino también de las si­guientes formas:

Disolución (SCRAP PROCESS): Añadiendo chatarra con poco carburo se consigue que el carbono se reparta por el total de la masa

ORE PROCESS: Añadiendo minerales de hierro puro que ceden el oxigeno para la oxidación del carbono.

MIXTO: Añadiendo chatarra y minerales de hierro.

El Mn se oxida rápidamente y pasa a la escoria. El Si hace lo mismo pero más lenta­mente. El C se oxida con el oxígeno y se elimina en forma de CO. El P y el S no se eliminan.

Proceso básico: La gran diferencia es que la escoria es básica, lo que permite la elimina­ción del P. Primero se carga la materia sólida y una vez fundida se carga la fundición en estado líquido.

El Si y el Mn se oxidan rápidamente. El oxido de Mn no pasa a la escoria y cede su oxi­geno al C. Posteriormente se vuelve a oxidar, así como el P y el S, pasando a la escoria. La chatarra debe ser oxidada para la descarburación, pudiéndose añadir también ferroaleaciones.

Afino con horno eléctrico:

Se emplea sólo la energía eléctrica necesaria para calentar la carga y mantener las reac­ciones. Los hornos pueden ser: de arcos, de inducción y de alta frecuencia.

Generalmente no se emplean para el afino de la fundición ya que tienen un elevado costo. Se emplean para ajustar la composición de aceros obtenidos por cualquier otro método de afino. Fundamentalmente, eliminan P y S.

Afino en crisol (horno de reverbero):

Se emplea para mejorar la calidad del acero.

Se calienta el acero en un crisol, hecho con arcilla y coque. Al fundirse, la escoria flota sobre el acero. Se insufla oxígeno provocando un borboteo que activa las reacciones. Al sacar el crisol del horno, se quita la escoria y se vierte el acero en lingoteras.

COMPARACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE AFINO LÍQUIDO

El afino en convertidor presenta la ventaja de su velocidad y volumen, siendo el de ma­yor calidad el obtenido en Martín-Siemens.

El afino en Horno eléctrico y en Crisol son más lentos y de mayor coste, pero nos per­miten un perfecto control de la composición.

El LD y el Kaldo son los procedimientos más económicos, aunque son más lentos y su tamaño dificulta el estado del afino.

TEMA 6: LA COLADA

LA COLADA

Para enfriar el acero utilizamos unos moldes llamados lingoteras. Una vez solidificado obtenemos el lingote del que posteriormente obtendremos otros productos.

Las lingoteras suelen ser de forma troncopiramidal. Puede ser abierta por una o por las dos bases y, en caso de no tener fondo, se asienta sobre placas de fundición y se rellena la junta con una pasta. Según su espesor, se enfriarán con mayor o menor rapidez.

El acero se vierte directamente de los convertidores o mediante cuchara. La colada puede realizarse por la parte de arriba disponiendo en fila varias lingoteras, o bien por el fondo llenándolas a través de un bebedero y unas tuberías que van insertadas al fondo de las lingo­teras. De esta forma (por el fondo9 se obtienen superficies más perfectas.

El desmolde se realiza fácilmente por la contracción del acero al enfriarse.

LOS LINGOTES

Son piezas de acero con la forma de la lingotera. Pueden tener defectos según la com­posición, la temperatura o las características de la lingotera. Los más corrientes son:

Rechupe: Al enfriarse, la masa se contrae y aparece en la cara superior un hueco en forma de cono. Esto puede evitarse prolongando la lingotera en forma de cuello y revistiéndolo con ma­terial refractario para que el enfriamiento de esta zona sea más lento. A esta lingotera se le llama MAZAROTA y el lingote presenta un resalto que se corta y queda perfecto.

Sopladura: Es un espacio hueco en el interior del lingote debido a los gases que se pueden producir en el proceso de enfriamiento, apreciándose unas manchas en la superficie del lingote que delatan la presencia de este hueco y se denominan fóculos o cocos (las manchas). Estos huecos disminuyen la resistencia del acero.

Segregación: Se produce cuando, en el mismo lingote, el acero presenta distinto porcentaje de carbono.

TEMA 7: PRODUCTOS FÉRREOS: HIERRO Y FUNDICIÓN

EL HIERRO

Hierro Elemento: Es brillante, blando y no tiene aplicación industrial

Hierro puro: Se obtiene en laboratorio. No supera nunca el 0,003% de carbono y se ob­tiene por electrólisis

Hierro industrial: Se obtiene por reducción de los minerales férreos o por afino mecá­nico.

Hierro esponjoso: Se obtiene por reducción sin llegar a la fusión completa.

Hierro dulce: Tiene la propiedad de poder ser martilleado y forjado al rojo, pero no se puede templar.

LA FUNDICIÓN

Es una aleación de Hierro y Carbono (el contenido de carbono es superior al 2%, punto de saturación de la ausenta) pudiendo contener otros elementos. Generalmente viene en lin­gotes.

Propiedades:

Es frágil y dura

No se puede forjar

Es moldeable

Se pueden endurecer las partes que vayan a sufrir desgaste enfriando rápidamente la superficie

Se puede evitar en parte la fragilidad descarburándola, es decir, haciéndola maleable.

Defectos:

Sopladuras: Huecos internos producidos por burbujas de gases.

Grietas: Se deben a tensiones en el proceso de enfriamiento.

Manchas: Diferencia de coloración debido a las impurezas.

Escamas: Laminas delgadas que se desprenden al golpear la pieza.

Tipos de fundición:

Fundición blanca: muy dura y frágil, no está indicada para el moldeo y no se puede tra­bajar con herramientas de acero. Se contrae al solidificarse.

Fundición blanca maleable: Cuando se consigue cierta maleabilidad.

Fundición gris: Menos frágil y dura que la blanca. Se trabaja y tornea a lima y es buena para el moldeo. Se dilata al solidificarse.

Fundición gris perlita: Variedad de la gris con grandes características mecánicas.

Fundición atruchada: Tiene manchas grises y sus propiedades son intermedias de la blanca y la gris.

Fundiciones especiales: Además de Fe y C, interviene otro elemento en proporciones apreciables:

Ferromanganeso: Con porcentaje elevado de Mn. Se obtiene en Horno Alto con escoria básica.

Ferrosilicato: Con porcentaje elevado de Si. Se obtiene en Horno Alto con escoria ácida.

Siliceomanganeso: Con porcentaje elevado de Mn y Si

Formas comerciales:

Tubos: Se moldean normalmente en posición vertical, compactándose por su propio peso. También se pueden obtener por centrifugación consiguiendo más resistencia, compaci­dad y homogeneidad. Se suele recocer y al enfriarse quedan las superficies templadas (Usos: canalización de aguas...). Según el tipo de unión pueden ser de enchufe y cordón, que permite cierta curvatura, o de pletina y bridas. También se fabrican piezas especiales: en forma de T, codos, etc.

Columnas: Como elementos resistentes para farolas, puentes... (Son macizas)

TEMA 8: PRODUCTOS FÉRREOS: ACERO

EL ACERO

Es una aleación Hierro-Carbono que no supera el 2% de éste último.

CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE ACERO

Aceros no aleados:

Aceros de base: No presentan prescripciones de calidad en su fabricación ni se toman precauciones especiales en cuanto a su composición. No se les somete a ningún tipo de tra­tamiento y lo único que se les exige son las especificaciones en cuanto a resistencia y porcen­taje de C, P y S.

Aceros de calidad: Aparte de las especificaciones anteriores, (es decir, resistencia y por­centaje de C, P y S) también se verifica la fragilidad. No se les somete a tratamientos térmicos. Se deben tomar precauciones para su producción ( en cuanto a su composición)

Aceros especiales: Son los de mayor calidad. Se les somete a tratamientos térmicos y su composición química debe ser la establecida. Se emplean para maquinaria y construcciones especiales.

Aceros aleados:

Aceros de calidad: No se les somete a tratamientos térmicos. Se emplean para cons­trucciones metálicas, maquinaria sometida a presión, tubos, etc. Deben cumplir prescripciones en cuanto a límite elástico, resiliencia y con el porcentaje de cada elemento que forma parte de la aleación (cromo, níquel...) Pueden ser laminados en caliente o en frío.

Aceros especiales: Tienen controles más estrictos que los anteriores. Su composición es siempre la establecida y algunos son resistentes a la corrosión y a la fluencia.

CLASIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS DE ACERO

Productos planos:

Son los que presentan sección transversal rectangular maciza. Su superficie será lisa y la anchura muy superior al espesor. Distinguimos los siguientes:

- Planos no recubiertos: No llevan ni tratamiento ni recubrimiento superficial. Se pueden laminar en caliente o en frío. Chapa, banda ...

- Planos recubiertos: Laminados en frío o en caliente. Llevan recubierta una o las dos caras, siendo el recubrimiento metálico u orgánico. Los espesores pueden ser distintos en cada cara.

- Chapas perfiladas: se obtienen por conformación y pueden llevar o no recubrimientos. Chapa ondulada, chapa nervada ...

- Productos compuestos: Se obtienen por un proceso de fabricación que nos permite introducir elementos no metálicos (soldados, atornillados o por presión) Uno de los más cono­cidos es el panel sándwich.

Productos largos:

Tienen sección recta transversal constante en toda su longitud. Superficie lisa, aunque pueden presentar resaltos o relieves como los redondos para hormigones. Distinguimos los siguientes:

Alambrón, alambre, barras

Productos calibrados

Productos corrugados

Perfiles laminados en caliente (perfiles estructurales, pilotes y vías férreas)

Perfiles conformados en frío (obtenidos a partir de productos planos9

Perfiles soldados

Productos tubulares.

Otros productos:

Productos forjados, piezas moldeadas, piezas estampadas y productos de pulvimetalur­gia.

TEMA 9: ALEACIONES HIERRO-CARBONO

ESTRUCTURA CRISTAINA DEL HIERRO PURO

El hierro funde a 1540 ºC aproximadamente. Si bajamos la temperatura, a 1400 ºC aparece un cambio en la estructura y se produce un desprendimiento de calor. A los 900 ºC y a los 750 ºC se producen nuevos cambios de estructura con sus respectivos desprendimientos de calor. Estas son las denominadas temperaturas críticas del hierro.

Si en vez de enfriar calentásemos, se producirían las mismas anomalías, siendo estos puntos los que marcan la transformación de los cristales de hierro en otras variedades alotrópi­cas.

VARIEDADES ALOTRÓPICAS DEL HIERRO PURO

Denominamos variedades alotrópicas a aquellas que tienen la misma composición pero distinta cristalización.

El hierro cristaliza en la variedad  hasta los 750 ºC que es cúbica centrada, es decir, tiene un átomo en el centro y otro en cada vértice formando un cubo. Esta variedad es mag­nética.

La variedad  se produce desde los 750 ºC hasta los 900 ºC, es cúbica centrada, aun­que con los cristales mayores y no es magnética. El paso de magnética a no magnética se llama punto de Curie.

La variedad  se produce entre 900 ºC y 1400 ºC. Cristaliza en cúbica centrada en caras, es decir, un átomo en cada vértice y otro en el centro de cada cara. No es magnética y el cris­tal es mayor que en las anteriores.

La variedad  se produce a partir de 1400 ºC y hasta los 1540 ºC. Cristaliza en cúbica centrada siendo los cristales de tamaño similar a los de la variedad . Es magnética.

MEZCLA EUTÉCTICA

Se llama mezcla o concentración eutéctica a la mezcla de dos componentes en tal pro­porción que posee una temperatura de fusión o solidificación inferior tanto a las de los dos componentes por separado como a la de cualquier otro grado de concentración entre ambos.

La mezcla eutéctica de las aleaciones hierro-carbono es la que pasa del estado sólido al líquido con un4,3% de carbono. Puede pasar de un estado a otro sin descomposición de los componentes y sin segregación de éstos. Cuando el contenido de carbono de una mezcla es inferior al 4,3% se llama hipoeutéctica y cuando es mayor, se llama hipereutéctica.

La mezcla eutectoide de las aleaciones hierro-carbono es aquella que coincide con un contenido de carbono del 0,89% y de todas las aleaciones hierro-carbono es la que se trans­forma a temperatura más baja y en estado sólido. Si el contenido de carbono es mayor la de­nominamos hipereutectoide, y si es menor hipoeutectoide.

ESTUDIO DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO

El hierro no tiene una aplicación industrial, pero al alearse con el carbono se puede usar para las distintas industrias. Dentro de las aleaciones hierro-carbono, la presencia de cualquier otro elemento (no añadido intencionadamente) se considera impureza.

Para estudiar esta aleación necesitamos conocer cuatro factores fundamentales: com­posición química, constitución, estructura e impurezas.

Composición química de las aleaciones hierro-carbono:

Es la combinación entre el carbono y el hierro. Se obtiene principalmente en forma de carburo de hierro (Fe3C). En función de la cantidad de carbono que lleve combinado, distingui­mos:

El hierro dulce, hasta un 0,01% de carbono.

Aceros, del 0,02% al 2% de carbono.

Fundiciones, del 2% al 6,67% de carbono (Cementita, es la máxima solubilidad del hierro y el carbono que se convierte en grafito)

Según éste contenido de carbono, también varían las siguientes características:

Físicas: Cuanto menor sea el contenido de carbono más forjable y soldable y me­nos moldeable y trabajable será el acero.

Mecánicas: Cuanto mayor sea el contenido de carbono más duro y frágil será el acero, presentando mayor resistencia a los esfuerzos mecánicos, aunque por el contra­rio será menos elástico.

Químicas. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, menos oxidable y menos corrosible será el acero.

Constitución de las aleaciones hierro-carbono:

Se denomina así a la forma que presentan los cristales al formarse la aleación hierro-car­bono dependiendo de la proporción de los constituyentes y la temperatura. Constituyente es toda combinación cristalográfica que se puede presentar en función de la proporción de los componentes y de la temperatura.

En el caso de la aleación hierro-carbono, distinguimos once variedades o combinacio­nes: Ferrita, Cementita, Perlita, Austenita, Martensita, Troostita, Sorbita, Bainita, Ledeburita, Steadita y Grafito.

- Ferrita: se considera Fe- puro. No disuelve el c. Muy dúctil y maleable

- Cementita: es el carburo de hierro. Muy duro y frágil

- Perlita: composición de Ferrita y Cementita. Es una mezcla eutectoide

- Austenita: es una solución sólida de C en Fe-. Muy duro

- Martensita: es una solución sólida sobresaturada de C en fe. Es el 2º constituyente más duro del acero.

- Troostita, Sorbita y Bainita: Se obtienen por transformación isotérmica de la Austenita

- Ledeburita: mezcla eutéctica con un 4,3% de C

- Steadita: compuesto de las fundiciones. Contiene un porcentaje de P < 0,15%

- Grafito: variedad alotrópica del C libre. Se encuentra en las fundiciones con alto conte­nido de carbono (grises)

Estructura de las aleaciones hierro-carbono:

Cristalina: No es uniforme, varía según los constituyentes, la composición y la tempera­tura

Micrográfica: el elemento fundamental es el grano, crece con el aumento de tempera­tura y con el tiempo que permanezca esa temperatura. Cuanto mayor es el grano, peores son sus propiedades.

Macrográfica: El elemento fundamental es la fibra. Depende de las impurezas y de los tratamientos a los que a sido sometido el acero.

Impurezas:

Podemos encontrar inclusiones por sulfuros u óxidos que provienen de las escorias o de los revestimientos refractarios de los hornos. Estas inclusiones no metálicas son perjudiciales para el acero

Si estas inclusiones son metálicas los encontramos en forma de carburos (como el Cr) que se combinan con el carbono formando carburos metálicos muy duros, disueltos en la fe­rrita y no aleados (como el Ni) o emulsionados formando bolsas (como el Cu y el Pb).

TEMA 10: TRATAMIENTOS DE LOS METALES

INTRODUCCIÓN

Se llama tratamiento al proceso de calentamiento y enfriamiento a velocidad adecuada para conferirle al acero alguna o algunas características especiales, pudiendo realizarse por la sola presencia del calor o mediante la presencia del calor y productos químicos.

Atendiendo a esto último, los clasificamos en térmicos y termoquímicos.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Son aquellos en los que el único agente es el calor.

Recocido:

Se somete al acero a temperaturas superiores a la de transformación y se enfría lenta­mente ablandándose el metal y eliminando así las tensiones internas, lo que hace que sea más trabajable. Distinguimos los siguientes tipos:

Regeneración: Recocido para afinar el grano del metal.

Suavización: Se utiliza en los alambres para atenuar su acritud.

Isotérmico: Una vez calentado el acero a la temperatura de transformación, lo enfriamos hasta temperatura intermedia, lo que hace que se produzca una transformación estructural, enfriándolo posteriormente hasta temperatura ambiente.

Globular: Se realiza en varios ciclos y cerca de la temperatura de transformación. Se emplea en aceros con un alto porcentaje (1,5% a 1,9%) de carbono para hacerlos más trabaja­bles.

Normalizado:

Este proceso consiste en calentar el metal ligeramente por encima de la temperatura de transformación y realizar el enfriamiento posterior mediante aire, de esta forma el metal adquie­re una estructura homogénea. Este método se emplea en piezas que hayan sufrido fuertes tensiones quedando alterada su estructura.

Temple o templado:

Este proceso consiste en calentar el metal por encima de la temperatura de transforma­ción y posteriormente enfriarlo bruscamente por inmersión en agua, consiguiendo con esta operación el endurecimiento y aumento de resistencia del metal. Distinguimos los siguientes tipos:

Diferido: Consiste en el calentamiento y enfriamiento rápido hasta una temperatura in­termedia. Lo mantenemos a esta temperatura y terminamos el enfriamiento a temperatura ambiente.

Flameado o superficial: Se realiza calentando exteriormente con la llama de un generado térmico, enfriándolo posteriormente con agua a temperatura ambiente. Obtenemos de esta manera un endurecimiento externo, quedando el interior sin tratar. Es empleado para piezas sometidas al roce o desgaste superficial.

Inducido: Se realiza mediante corrientes continuas de alta frecuencia, consiguiendo un calentamiento rápido de la pieza. Este método nos permite tratar la zona que queramos del metal dejando el resto como estaba. Sólo se emplea en piezas de grosor muy pequeño y de poco volumen.

Revenido:

Es un tratamiento complementario al temple. Se realiza calentando la pieza por debajo de la temperatura de transformación, manteniendo la misma un tiempo determinado y enfrián­dola lentamente consiguiendo atenuar los efectos de un templado enérgico. La diferencia con el recocido es que éste destruye el templado de la pieza y el revenido sólo lo atenúa.

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

Aparte de calor se utilizan elementos químicos.

Cementación:

Consiste en aumentar el contenido de Carbono solamente en la superficie de la pieza, produciéndose Cementita (carburo de hierro)

Para ello calentamos el acero por encima de la temperatura de transformación, ponién­dolo en contacto con productos carburantes haciendo que el metal absorba el Carbono. Se en­fría rápidamente.

El calentamiento debe ser el necesario para que la ferrita adopte el estado alotrópico , que es en el cual se capta y se absorbe carbono.

Nitruración:

Consiste en difundir Nitrógeno en la superficie del metal, obteniendo nitruros de gran dureza.

Para ello calentamos el acero por debajo de la temperatura de transformación en un de­pósito cerrado sometiéndole a una corriente de amoniaco (NH3) que se disocia. Este Nitrógeno se combina con el metal formando nitruros.

Presenta la ventaja frente a la cementación de que es más resistente al desgaste, a la corrosión y a la humedad.

Cianuración o carbu-nitruración:

Con este tratamiento se consiguen altas durezas superficiales. Generalmente utilizamos cianuro sódico, con lo que suministramos Carbono y Nitrógeno.

Introducimos la pieza en baños de cianuro y un catalizador a una temperatura de 800 ºC obteniendo capas superficiales de 0,5 mm de espesor, debiéndose enfriar bruscamente.

TEMA 11: PROTECCIÓN DE LOS ACEROS

INTRODUCCIÓN

Generalmente debemos proteger el metal de la oxidación y sobretodo de la corrosión, dependiendo de:

La clase y el estado del metal, es decir, composición química, impurezas, tratamientos...

El medio en que se encuentra, es decir, temperaturas, acidez, presencia de sustancias agresivas y grado de concentración de éstas...

El contacto que va a tener el metal con dicho medio.

PROTECCIÓN POR EMPLEO DE INHIBIDORES

Inhibidor es una sustancia que se añade para disminuir o paralizar la corrosión, los más utilizados son los siguientes:

Anódicos: Que reaccionan con las partes anódicas (las impurezas del metal) for­mando un compuesto protector. Se emplean el carbonato sódico y el silicato de sodio.

Catódicos: Formando compuestos protectores en el cátodo. Se emplean sulfatos y se utilizan para aceros que van a estar sometidos a la acción de aguas negras.

De Absorción: Consiste en la aplicación de sustancias absorbentes en la superficie del metal para impregnar sus poros. La más utilizada es la gelatina.

PROTECCIÓN POR EMPLEO DE PASIVADORES

Algunos metales tienen la propiedad de formar una película protectora que protege de la corrosión, es lo que se conoce como pasividad natural 8bronce, cobre, plomo, etc.)

Esto se puede provocar en la superficie del acero aplicándole un pasivador como el oxido de plomo (minio) o el cromato de zinc.

PROTECCIÓN POR RECUBRIMIENTOS NO METÁLICOS

Distinguimos los siguientes: pinturas, esmaltados, anodizado, grasa protectoras, capas de cemento.

Pinturas:

Proceso general más utilizado en construcción. Las pinturas serán compatibles con el metal y la película ha de ser continua e impenetrable. El inconveniente fundamental de las pin­turas es su envejecimiento, lo que hace que tengamos que renovarlas periódicamente. Las más utilizadas son las asfálticas, al ocre y las de minio.

Esmaltados:

Protección en forma de pasta debiendo estar la superficie de aplicación limpia y exenta de óxido. Cuando la pasta protectora se presenta en forma sólida la introducimos en el horno hasta fundirla, para posteriormente aplicarla por inmersión.

Este método presenta el inconveniente de la falta de elasticidad, con lo cual, cuando la pieza protegida es sometida a algún esfuerzo, el recubrimiento salta produciéndose descon­chones.

Anodizado:

Es un tratamiento que se realiza en los aluminios. Consiste en la oxidación artificial de la superficie mediante electrolisis. Además con este método podemos darle color aplicando un pigmento mineral.

Grasas protectoras:

Pueden ser sólidas o líquidas, protegiendo normalmente de la intemperie. Duran un tiempo limitado, debiéndose renovar constantemente. Las más utilizadas son el sebo, la vase­lina y la grasa consistente.

Capas de cemento:

Se realiza mediante lechadas de cemento Pórtland, aplicando 4 ó 5 capas debiendo es­perar a que fragüe cada una para aplicar la siguiente. Actualmente se emplean hormigones gu­nitados (a base de finos) que se proyectan sobre el metal.

PROTECCIÓN POR RECUBRIMIENTOS METÁLICOS

Electrólisis:

Utilizamos como ánodo el metal protector; como cátodo, la pieza a proteger y como electrolito, una solución del metal protector.

Generalmente empleamos metales con un punto de fusión alto (Cr, Ni, Cu), aunque a veces utilizamos plata y oro como decoración. El Ni es bueno para la oxidación y corrosión, pero se empaña con la humedad por lo que se le suele añadir una película de Cr.

Pulverización:

En este proceso fundimos el metal protector hasta darle forma de hilo y, mediante arco voltaico o pistola de aire comprimido, se proyecta en el acero a cubrir.

Se suele emplear Zn, Pb y Al.

La ventaja de este método es que puede realizarse a pie de obra.

Sherardización:

Procedimiento por el cual introducimos la piezas a proteger en tambores cilíndricos gi­ratorios que contienen al metal protector en forma de polvo.

Calentamos el conjunto a temperatura casi de fusión, logrando así que penetre el polvo metálico en la capa superficial del metal a proteger. Empleamos metales como el Zn y el Al

Amalgamación:

Se trata de cubrir la superficie del metal a proteger con unas hojas llamadas amalgamas, que suelen ser de oro o plata y a veces de plata y bronce. Este método sólo se utiliza para or­namentación.

Fusión:

Consiste en revestir un metal por inmersión en un baño con el metal protector fundido. Hay tres tipos:

Galvanizado o zincado: Consiste en recubrir el metal mediante una capa de zinc. Para ello procedemos de la siguiente forma: limpiamos la superficie con un mordiente, posterior­mente se trata con cloruro de amonio (para evitar que arda el metal). Se sumerge en un baño de zinc y a continuación en agua. Por último, lo lavamos con serrín o arena.

Estañado: Se calienta la pieza a revestir a temperatura superior a la de fusión del estaño. A continuación se limpia y se trata con cloruro de amonio, posteriormente se introduce en un baño de estaño y por último la frotamos con estopa. Se emplea fundamentalmente para obte­ner la hojalata.

Emplomado: Es un tratamiento complementario al estañado. Se realiza mediante inmer­sión en baño de plomo, lo que hace que la pieza no se oxide y tenga aspecto brillante.

TEMA 12: ACEROS ESPECIALES Y ACEROS INOXIDABLES

ACEROS ESPECIALES

De fácil mecanización, de fácil soldadura, con propiedades magnéticas, de baja y alta di­latación, resistentes a la fluencia.

Dentro de los aceros especiales se distinguen dos tipos: aleados y no aleados.

No aleados:

Son aquellos que presentan mayor pureza que los aceros de calidad, sobretodo en rela­ción con el contenido de inclusiones no metálicas. En la mayoría de los casos se destinan al tratamiento de temple y revenido o al tratamiento de temple superficial. El ajuste preciso de su composición química, sus condiciones particulares de elaboración y control les confieren pro­piedades de conformabilidad y actitud de uso.

Son aceros especiales no aleados:

-. Los aceros con garantía de resiliencia en estado de temple y revenido.

-. Aceros con una profundidad específica de endurecimiento por temple.

-. Aceros con bajo porcentaje de inclusiones no metálicas.

-. Aceros con bajo contenido en S y P

-. Aceros para reactores nucleares.

-. Aceros para armaduras activas de hormigón pretensado.

Aleados:

Esta clase comprende los aceros resistentes a la corrosión, a la oxidación en caliente, a la fluencia, a los aceros para rodamientos, para herramientas, de construcción metálica, de construcción mecánica, etc.

Distinguimos los siguientes tipos:

-. Aceros inoxidables: C < 1,2% , Cr > 10,5%

-. Aceros rápidos: aceros que contienen al menos dos de estos elementos: mo­libdeno, tungsteno y varadio, en un 7%; un contenido de Cr entre 3% y 6% y más del 0,6% de C

-. Aceros aleados especiales.

ACEROS INOXIDABLES

Son los que resisten a la corrosión atmosférica, álcalis, ácidos leves y a la oxidación a temperaturas no muy elevadas. El elemento que más influye para esta resistencia es el Cr. El contenido de Cr alrededor de un 12% impide la corrosión en un ambiente húmedo. Si aumen­tamos este porcentaje, logramos que sea resistente a estos ataques a temperaturas elevadas y si además lo aleamos con Ni mejora las resistencias tanto mecánicas como a los agentes agre­sivos.

Resistencia a la corrosión:

Con el 125 de Cr, resiste a la corrosión atmosférica, pero con el tiempo puede perder esta resistencia. Para garantizarla aumentamos el porcentaje de Cr hasta el 18% y si le añadi­mos Ni resulta prácticamente inatacable por la corrosión. Por ejemplo, el acero 18-8 (18% Cr y 8% Ni) resiste más de 10 años.

Resiste a los ácidos oxidantes, sales, cloruros, aunque es preferible utilizar recubrimien­tos.

Se recomienda que la superficie esté limpia y pulida para evitar que queden poros y sustancias adheridas a la superficie.

Sensitivación:

Cuando los aceros al Cr-Ni son sometidos a un aumento de temperatura, el carbono se desplaza a la superficie del metal, combinándose con el Cr y formando carburos. Esta precipita­ción de los carburos se conoce como Sensitivación, lo que provoca que en el acero los grano próximos a la superficie se queden sin Cr pudiendo ser atacados por los agentes agresivos.

Clasificación de los aceros inoxidables:

Martensíticos: Admiten el temple, son aleaciones de Cr (12% a 18%), Ni (hasta 3%) y C (hasta 1%). Son magnéticos, tienen gran dureza, se sueldan bien y son trabajables en caliente. Resisten a la corrosión por ácidos débiles y a la oxidación hasta los 700 ºC. Adquieren estruc­tura martensítica cuando están perfectamente templados. Tipos:

-. Extrasuave: 0,8% C y 13% Cr. Se usan para aceros sanitarios.

-. De cuchillería: 0,3% C y 13% Cr. Presentan mayor resistencia q el extrasuave, se emplean para cuchillería y si llevan Ni (hasta 3%) para material quirúrgico.

-. Al cromo-níquel: 16% Cr y 3% Ni. Son resistentes al agua del mar

-. Duros: 1% C, 17% Cr y 0,04% Ni. Se usan para fabricar rodamientos y cojine­tes.

Ferríticos: No son templables. Resisten mejor a la oxidación y a la corrosión que los Martensíticos. Son soldables y trabajables en frío y en caliente. Son magnéticos y conservan su estructura a cualquier temperatura. Llevan del 15% al 27% de Cr y el 0,1% de C. Tipos:

-. Compuestos por un 0,1% C y un 16% Cr, resisten a la corrosión atmosférica y se emplean como elementos decorativos.

-. Compuestos por 0,1% C y 27% Cr, resisten a grandes temperaturas la presen­cia de gases sulfurosos.

Austeníticos: Son los más empleados. No son templables ni magnéticos y conservan su estructura a temperatura ambiente. Son aceros al cromo-níquel, lo que les hace más baratos (+ Ni ! + baratos). Tipos:

-. El 12-2 812% Cr y 2% Ni) Es muy dúctil.

-. El 18-8 (18% Cr y 8% Ni) Es el más empleado (decoración, industria...)

FORMAS COMERCIALES

Chapas, flejes, barras cuadradas y redondas, ángulos, alambres, tubos, etc.

EMPLEO

-. Para fachadas ligeras (muros cortina, fachadas panel...)

-. Cubiertas (paneles)

-. Carpintería metálica (ventanas, puertas...)

-. Otros: Herrajes, chimeneas, mobiliario de cocina y hostelería, material quirúrgico...

PARÁMETROS PARA LA ELECCIÓN DE ACEROS INOXIDABLES

Se estudiarán las condiciones de agresividad tanto interiores como exteriores.

Tendremos en cuenta si han de ser soldables y si la soldadura va a tener que ser resis­tente o no (estructural o no).

Atenderemos al grado de acabado que necesitamos (si va a ir pulido, abrillantado, etc.)

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LA NORMA AISI (Aceros Inoxidables Sistema Inter­nacional)

AISI. 304.- Son Ferríticos. Los de mayor uso en la construcción. Presentan facilidad para el pulido y se les conoce como 18-8.

AISI. 431.- Son Martensíticos, presentan características magnéticas y admiten el temple. Se pueden soldar aunque presentan mucha dificultad. Son difícilmente moldeables y se utilizan sobretodo para la fabricación de turbinas.

AISI. 405.- Son Ferríticos. Se utilizan una vez que han sido laminados en frío. Son fácil­mente moldeables, se sueldan fácilmente y admiten el pulido.

TEMA 13: ACEROS PARA HORMIGÓN

ARMADURAS PASIVAS

Las armaduras pasivas para el hormigón serán de acero y estarán constituidas por:

-. Barras corrugadas.

-. Mallas electrosoldadas.

-. Armaduras básicas electrosoldadas en celosía.

Barras corrugadas:

Deben cumplir el ensayo de adherencia y se debe realizar una verificación geométrica de los resaltos o corrugas.

Ausencia de grietas después del ensayo de doblado-desdoblado.

Deben ser soldables.

Mallas electrosoldadas:

Son las fabricadas con barras corrugadas o alambres corrugados

Armaduras básicas electrosoldadas en celosía:

Es un producto formado por un sistema de elementos (barras o alambres) con una es­tructura espacial y cuyos puntos de contacto están unidos mediante soldadura eléctrica por un proceso automático.

Se compone de un elemento longitudinal superior, dos elementos longitudinales infe­riores y dos elementos transversales de conexión. Todos los elementos están constituidos por barras o alambres que deben ser corrugados en los elementos longitudinales.

ARMADURAS ACTIVAS

Son armaduras de acero de gran resistencia mediante las cuales se introduce la fuerza del pretensado. Sus elementos pueden ser:

-. Alambres.

-. Barras.

-. Cordones.

TIPOS DE ACERO E IDENTIFICACIÓN

DESIGNACIÓN

CLASE

LIMITE ELÁSTICO

CARGA UNITARIA DE ROTURA

BARRAS CORRUGADAS

B-400 S

Soldable

400

440

B-500 S

Soldable

500

550

B-400 SD

Soldable con características especiales de ductibilidad

400

480

ALAMBRES

B-500 T

---

500

550

CONTROL A NIVEL REDUCIDO

Este control se realizará cuando el consumo de acero en la obra sea muy reducido o existan dificultades para realizar ensayos completos sobre el material.

En estos casos el acero a utilizar estará certificado y se utilizará como resistencia de cál­culo el valor:

El control a nivel reducido consiste en comprobar sobre cada diámetro:

-. Que la sección equivalente cumple lo especificado (2 comprobaciones por par­tida)

-. Que no se formen grietas o fisuras en las zonas de doblado y ganchos de an­claje.

CONTROL A NIVEL NORMAL

Se toman dos probetas por lote. Se debe comprobar:

-. Que la sección equivalente cumple lo especificado.

-. Las características geométricas de las corrugas o resaltos.

-. Que cumple el ensayo de doblado y desdoblado.

-. Dos veces durante la obra habrá que determinar fY, fS y alargamiento en una probeta de cada diámetro y tipo de acero. En mallas también habrá que comprobar la resistencia a arrancamiento del nudo soldado.

-. Comprobar, en su caso, soldabilidad.

En productos certificados, los resultados deben tenerse antes de la puesta en carga de la estructura.

En productos no certificados, los resultados deben tenerse antes del hormigonado.

TEMA 14: ESTRUCTURAS DE ACERO EN LA CONSTRUCCIÓN (EA-95)

DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS

Según NBE-EA:

Existen tres tipos de acero: A-37, A-42 y A-52 (según su resistencia en ), cada uno de ellos con tres grados distintos:

Grado b: se utiliza normalmente para perfiles y chapas

Grado c: se utilizan específicamente para alta soldabilidad

Grado d: Insensibilización a rotura frágil. Cuando se requieran altas resistencias se utili­zará el A-52

Según UNE 10025 EN:

Se utiliza una notación alfanumérica.

Comienza por la letra S seguida de tres dígitos que indican el valor mínimo del límite elástico en , a los que se añaden otras letras y números que corresponden al grado y otras aptitudes.

Por ejemplo: A-37 b ! S-235 JR

PRODUCTOS LAMINADOS

PERFIL IPN

PERFIL IPE

PERFILES HE

PERFIL UPN

PERFIL L

PERFIL LD

PERFIL T

REDONDO

CUADRADO

RECTANGULAR

CHAPA

PERFILES HUECOS

PERFIL H. REDONDO

PERFIL H. CUADRADO

PERFIL H. RECTANGULAR

PERFILES Y PLACAS CONFORMADOS

PERFIL CONF. L

PERFIL CONF. LD

PERFIL CONF. U

PERFIL CONF. C

PERFIL CONF. 

PERFIL CONF. Z

PLACA ONDULADA

PLACA GRECADA

PLACA NERVADA

TEMA 15: ALUMINIO

El aluminio es muy utilizado en la construcción debido a su ligereza y resistencia a los agentes atmosféricos. Se encuentra combinado en la naturaleza en forma de feldespato, mica, caolín y bauxita (mineral de óxido de Al hidratado)

OBTENCIÓN

Eliminamos las impurezas que tiene la bauxita mediante concentración, separación, etc..

Una vez concentrada la bauxita, la calcinamos, la molemos y la mezclamos con sosa cáustica, formándose cristales de hidróxido de Al (AlOH), que calcinamos en un Horno Alto ob­teniendo el óxido. Éste se introduce en una cuba electrolítica de aluminio, como ánodo utiliza­mos barras de carbón y como cátodo la misma cuba.

El Al líquido se deposita en el fondo y se extrae por un orificio. La colada se vierte en lin­goteras con una pureza del 100%

PROPIEDADES

-. Buen conductor del calor y de la electricidad

-. Dúctil, maleable, no se oxida.

-. Color blanco azulado

FORMAS COMERCIALES Y EMPLEOS

Puede venir en redondos, cuadrados, poligonales y todo tipo de perfiles y chapas

-. Para laminados de chapas en frío o en caliente y para todo tipo de perfiles

-. Para pulverizado

-. En construcción: Chapas lisas y onduladas, tejas y material de cubrición, fachadas ver­ticales autorresistentes, carpintería (ventanas, puertas...), prefabricados, canalones...

ANODIZADO

Oxidación artificial de la superficie del Al para evitar la corrosión. Se realiza mediante electrólisis y si lo queremos colorear utilizamos pigmentos naturales

ALEACIONES

-. Con Cu para aumentar sus resistencias mecánicas

-. Con Mg para que sea más ligero

-. Con Si y con Zn para aumentar la resistencia a la corrosión

-. Duraluminio: Es una aleación de Al, Cu, Mg y Mn que se emplea en la aviación (fusela­jes de los aviones)

TEMA 16: COBRE

Se encuentra nativo en la naturaleza en forma de pepitas o en masas y, más general­mente, combinado como el caso de la calcopirita (sulfuro de Cu y Fe)

OBTENCIÓN

-. Por vía seca: Se tuesta la calcopirita en hornos verticales, se funde en hornos de cuba y se lleva a un convertidor donde obtenemos el cobre negro, que podemos afinar mediante electrólisis.

-. Por vía húmeda: Transformamos los sulfuros en productos solubles para después cal­cinarlos y, mediante lavado, recoger los sulfatos, precipitándose así el Cu con el Fe

PROPIEDADES

-. Buen conductor de calor y electricidad

-. Dúctil y maleable.

-. Color rojizo.

-. Resiste a la corrosión por oxidación de la capa superficial en contacto con la atmósfera

-. Se puede aumentar su resistencia a tracción mediante laminado enfrío o trefilado.

FORMAS COMERCIALES

Planchas, alambres, tubos, recipientes...

ALEACIONES

-. Con Berilio.

-. Con Al

-. BRONCE: Con Sn. Hay varios tipos: común, al fósforo, al plomo y de los cañones.

-. LATÓN: Con Zn. Hay varios tipos: Comunes (rojo, amarillo, blanco, llamado metal Muntz) y Especiales(con Pb, Al, etc) Alpaca (latón +Ni)

TEMA 17: PLOMO

No se encuentra nativo en la naturaleza. El principal mineral de obtención es la galena (sulfuro de Pb)

OBTENCIÓN

Se somete la galena a tostación y pasa a ser óxido. Posteriormente, por medio de reac­ción o reducción obtenemos el Pb.

-. Por reacción: se reduce en horno de reverbero con la solera inclinada hacia un reci­piente donde recogemos el Pb.

-. Por reducción: Se reduce en horno de cuba mediante C o CO. Debe sintetizarse (por el alto contenido de finos) para no entorpecer el flujo de los gases.

Afino:

-. Por oxidación selectiva: Aprovechando la mayor afinidad de las impurezas con el O que con el Pb. Calentamos en un horno de reverbero eliminando periódicamente las escorias (óxidos metálicos) que quedan en la superficie en forma de espumas.

-. Por electrólisis. Obtenemos una gran pureza. Colocamos en el ánodo una placa de Pb impuro que se irá disolviendo acabando en el cátodo el Pb puro.

PROPIEDADES

-. Muy denso, color blanco brillante que cuando se oxida parece gris.

-. Muy dúctil, blando, plástico

-. Muy bajo punto de fusión

-. Impermeable a radiaciones

FORMAS COMERCIALES Y EMPLEO

Planchas, lingotes, tubos, prefabricados (manguetones, botes sifónicos, etc)

-. Los óxidos y carbonatos de Pb se utilizan en pinturas, bien como colorantes o como protectores (minio)

-. Por su bajo punto de fusión, como fusible eléctrico

-. En construcción, en cubiertas, placas de asiento, juntas de dilatación, tuberías de de­sagüe, etc.

ALEACIONES

-. Con antimonio (Sb): Se suele llamar Pb duro, aumentando la dureza y la resistencia.

-. Con Ca: aumenta la resistencia a corrosión.

ARRABIO

MEZCLADOR

CONVERTIDOR

E. Líquido

LINGOTE

COMERCIALIZACIÓN

OBTENCIÓN

DEL ACERO

TRENES

LINGOTES PARA

ALIMENTAR

CONVERTIDORES

COMERCIALIZACIÓN

E. Sólido

E. Sólido