Hierro - Acero - Fundicion

Transcripción

1 Los maeriales y su hisoria Hisoria Hierro - Acero - Fundicion m

2 Los maeriales y su hisoria Hisoria m

3 Ciencia e ingenieria hisoria Primera mealurgia en el aniguo neolíico: forja de cobre. Medierraneo Orienal Aleación donde la suma es más que las pares En la zona de Siria y Turquía, descubren que al añadir esaño al cobre fundido, se forma una aleación más dura y resisene (bronce) A.C A.C A.C. Cerca de Turquía, se descubre la exracción de cobre de un mineral, cobre líquido de la malaquia y la azuria, y que el meal se puede modelar. Herramienas de Piedra por herramienas de Cobre

4 Ciencia e ingenieria hisoria Uno de los objeos de cobre fundido más aniguo de los Mones Zagros (Irán) como así ambién hornos de fundición, crisoles y moldes A.C.

5 Ciencia e ingenieria hisoria Aparece el acero pudelado a parir de hierro esponja en un crisol en el sur de India. Con ese acero con capas de carbono y capas de hierro, fabrican los árabes las espadas de Damasco A.C A.C A.C. En China se moldea el hierro como fundición. Los egipcios funden hierro en pequeñas canidades para objeos ornamenales y moivos ceremoniales. Se comienza con la fabricación de piezas complejas de fundición

6 Ciencia e ingenieria hisoria Disminuye en forma drásica el coso de la fundición (salvando enormes regiones de la deforesación) permiiendo la producción en masa. Sedgley Saffordshire Abraham Darby I descubre que el coque puede reemplazar de forma eficiene al carbón de leña en los hornos de fusión de la fundición de hierro.

7 Ciencia e ingenieria hisoria Abre la era del acero barao en consrucción, ranspore y en general en la indusria Henry Bessemer paena un converidor de acero bajo en carbono de soplado desde el fondo.

8 Ciencia e ingenieria hisoria

9 Progreso en los maeriales esrucurales Resisencia especifica Años Desde los años cuando omamos conciencia del paradigma esrucura - propiedades - composición somos capaces de fabricar maeriales con Resisencia Específica diez veces mayor. (la capacidad de un maerial en función de su peso)

10 Los Maeriales clasificacion Meálicos Polímeros Cerámicos Maeriales compuesos Semiconducores m Según la ciencia de los maeriales Meálicos Enlace meálico Brillo Conducividad elécrica y érmica Maleabilidad Ducilidad

11 Los Maeriales clasificacion Meálicos Polímeros Cerámicos Maeriales compuesos Semiconducores m Según la ciencia de los maeriales Cerámicos Enlaces iónicos y / covalenes Fragilidad Dureza Aisladores elecricos y caloricos.

12 Los Maeriales clasificacion Meálicos Polímeros Cerámicos Maeriales compuesos Semiconducores m Según la ciencia de los maeriales Polímeros Cadena de Carbonos unidas por Enlaces covalenes Termoplásicos Termorígidos Elasómeros Ala relación Resisencia / Peso

13 Los Maeriales clasificacion Meálicos Polímeros Cerámicos Maeriales compuesos Semiconducores m Según la ciencia de los maeriales Maeriales compuesos Son la incorporación de fibras de vidrio, o de carbono, en una mariz polimérica (las más difundidas son a base de epoxies y de nylons), produciendo maeriales más fueres y rígidos. Ala relación resisencia peso, capializan la rigidez que les brindan las fibras, y la facilidad de procesamieno y bajo coso de la mariz polimérica. El concepo de compueso ambién se ha exendido a marices meálicas y ceramicas.

14 Los Maeriales clasificacion Meálicos Polímeros Cerámicos Maeriales compuesos Semiconducores m Según la ciencia de los maeriales Semiconducores El silicio elemenal, es el maerial semiconducor uilizado como base en la lógiica y la memoria de las compuadoras, donde un inmenso grupo de ransisores esán agrupados en un chip de circuio inegrado (IC), proceso que incluye: el crecimieno de una película delgada de vidrio muy puro (cerámico), la colocación de conacos e inerconecares de un maerial meálico conducor. Y el uso de polímeros para el encapsulado y empaqueado de las unidades de IC.

15 Los Maeriales clasificacion Meálicos - Polímeros - Cerámicos m Meálicos Son susancias inorgánicas que esán compuesas de uno o más elemenos meálicos, pudiendo conener ambién algunos elemenos no meálicos, ejemplo de elemenos meálicos son hierro, cobre, aluminio, níquel y ianio mienras que como elemenos no meálicos podríamos mencionar al carbono. Polímeros Se producen creando grandes esrucuras moleculares a parir de moléculas orgánicas obenidas del peróleo o producos agrícolas. Se incluyen el caucho (el hule), los plásicos y muchos ipos de adhesivos. Cerámicos Como los ladrillos, el vidrio, la loza, los aislanes y los abrasivos, ienen escasas conducividad ano elécrica como érmica y aunque pueden ener buena resisencia y dureza son deficienes en ducilidad, conformabilidad y resisencia al impaco.

16 Los Maeriales clasificacion Meálicos - No meálicos m Según su composición Ferrosos su principal componene es el hierro, sus principales caracerísicas son su gran resisencia a la racción y dureza No ferrosos ienen mayor resisencia a la corrosión Orgáncos conienen células de vegeales o animales. Se disuelven en líquidos orgánicos como el alcohol o los reracloruros, no se disuelven en el agua y no soporan alas emperauras. [Plasicos, madera, papel, hule, piel] Inorgánicos no proceden de células animales o vegeales o relacionadas con el carbón. Se pueden disolver en el agua y en general resisen el calor. [cemeno, oro, ceramica, vidrio, grafio]

17 Los Maeriales clasificacion Meálicos m Según su composición Ferrosos [ fundicion de hierro, aceros, aleaciones de esaño, plaino, manganeso, vanadio] No ferrosos [aluminio, cobre, magnesio, ianio, zinc]

18 Meales Ferrosos definicion Meales Ferrosos Los meales ferrosos como su nombre lo indica su principal componene es el hierro, sus principales caracerisicas son su gran resisencia a la ension y dureza. Las principales aleaciones se logran con la plaa, plaino, manganeso, vanadio y ianio. Su emperaura de fusion va desde los 1360ºC hasa los 1425ºC y uno de sus principales problemas es la corrosion. Los principales producos represenanes de los maeriales mealicos son: Fundicion de hierro gris Hierro maleable Aceros Fundicion de hierro blanco

19 Meales Ferrosos definicion Hierros y Aceros El hierro puede acepar deerminadas canidades de carbon diluidas, esas canidades nunca son superiores al 4%. En los casos en los que se rebasa el 4% de carbon el hierro es de muy baja calidad. Los hierros mas uilizados en los procesos de manufacura son los siguienes: Hierro dulce C < 0.01 % Aceros C enre 0.1 y 0.2 % Hierro fundido C > 2.0% pero < 4.0% Hierro "puro". Por lo regular es uilizado para la generacion de aleaciones especiales. Hierro forjado. Lamina negra o maerial para la formacion de objeos por medio de laminado o forja. Hierro fundido. Ariculos sin gran calidad pero con gran dureza y muy fragiles. Acero. Maeriales con requerimienos especiales de resisencia a la raccion, friccion y enacidad.

20 Meales Ferrosos definicion Fundicion Es una aleacion de hierro y de carbono, pudiendo conener oros elemenos, esando el carbono en una proporcion superior al % (generalmene de 2 a 5 %), valor que consiuye el limie de sauracion en la solidificacion formandose en al momeno los consiuyenes de carburo de hierro y grafio libre ademas del hierro. Las fundiciones no permien operaciones de forja. Clasificacion de las fundiciones. Las caracerisicas de una fundicion no solo dependen de su composicion quimica, sino ambien del proceso de elaboracion ambas cosas deerminan la forma de presenarse el carbono (en forma de grafio laminar, esferoidal, ec.) Se disinguen dos grandes grupos de fundiciones: ordinarias, consiuidas por hierro, carbono y pequeñas impurezas y las especiales que ademas de lo anerior, conienen uno o varios elemenos que modifican sus caracerisicas.

21 Meales Ferrosos definicion fundiciones ordinarias Fundiciones negras: son aquellas que presenan faceas negras brillanes, muy desarrolladas, formadas por crisales de grafio, su grano grueso. Fundiciones grises: ienen un aspeco color gris brillane con grano fino. Esas fundiciones conienen el carbono en esado grafiico reparido en finas laminas por enre la masa de hierro. La fundicion gris se emplea para la mayoria de las piezas mecanicas que han de servir de sopore o de alojamieno de los mecanismos. Fundiciones blancas: el carbono esa compleamene combinado con el hierro, formando carburo de hierro (cemenia) que es un consiuyene muy duro, pero fragil. Fundiciones aruchadas: son inermedias enre la blanca y la gris, poseen propiedades inermedias enre ambas fundiciones y su fracura presena ambos colores caracerisicos.

22 Meales Ferrosos definicion fundiciones especiales Fundiciones especiales: Son fundiciones especiales aleadas con oros elemenos ales como Mn (manganesio), Cr (cromo), Mo (molibdeno), Ni (niquel), Cu (cobre), ec. Logrando propiedades deerminadas: ala resisencia a la raccion, al desgase, a las alas emperauras, a la corrosion ec. Fundicion maleable: Es la obenida a parir de una fundicion blanca mediane el adecuado raamieno ermico, adquiriendo una acepable maleabilidad. Fundiciones nodulares: En esas fundiciones el grafio solidifica en forma de pequeñas esferas, gracias a la adicion de elemenos ales como el cerio y el magnesio, con lo cual aumena considerablemene su resisencia a la raccion

23 Meales Ferrosos definicion ferroaleaciones Son producos siderurgicos que coniene ademas del hierro uno o varios elemenos (meales o mealoides) que los caracerizan. Las ferroaleaciones encuenran su empleo en la mealurgia para la fabricacion de aceros que han de responder a cieras condiciones: Ferromanganesos: que se uilizan en la obencion de aceros al manganeso Ferrocromos: que se emplean en la obencion de aceros al cromo Ferrosilicios: uilizados en la obencion de aceros al silicio. Ferroungsenos: sirven para la obencion de aceros rapidos para herramienas y aceros para imanes. Ferrovanadios y ferromolibdenos: que se emplean para la fabricacion de aceros al vanadio y al molibdeno, respecivamene, ec.

24 Meales Ferrosos definicion Insiuo del Hierro y el Acero La clasificacion esablecida en al consruccion mecanica es la siguiene Serie F-800 Fundiciones. Grupo F-810 Fundiciones grises. Grupo F-830 Fundiciones maleables. Grupo F-840 Fundiciones maleables perliicas. Grupo F-860 Fundiciones nodulares. Grupo F-870 Fundiciones especiales.

25 Meales Ferrosos definicion Produccion de Hierro y Acero Los principales minerales de los que se exrae el hierro son: Hemaia (mena roja): 70% de hierro Magneia (mena negra): 72.4% de hierro Sideria (mena cafe pobre): 48.3% de hierro Limonia (mena cafe): 60-65% de hierro La mena cafe es la mejor para la produccion de hierro, exisen grandes yacimienos de ese mineral en Esados Unidos y en Suecia. En odo el mundo se pueden enconrar grandes canidades de piria, pero no es uilizable por su gran conenido de azufre.

26 Meales Ferrosos definicion Produccion de Hierro y Acero HIERRO PURO al 0.3% de carbono - ACERO al 1.76 % de carbono - FUNDICION al 6.67% de carbono

27 Produccion de Hierro y Acero proceso Hierro de baja calidad

28 Produccion de Hierro y Acero proceso En general los alos hornos ienen un diamero mayor a 8 m y llegan a ener una alura superior de los 60 m. Esan revesidos de refracario de ala calidad. Los alos hornos pueden producir enre 800 y 1600 oneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se inroducen por la pare superior del horno por medio de vagones que son voleados en una olva. Para producir 1000 oneladas de arrabio, se necesian 2000 oneladas de mineral de hierro, 800 oneladas de coque, 500 oneladas de piedra caliza y 4000 oneladas de aire caliene. Hierro de baja calidad El Alo Horno

29 Produccion de Hierro y Acero proceso El Alo Horno Hierro de baja calidad

30 Produccion de Hierro y Acero proceso El Alo Horno Hierro de baja calidad Alos hornos de Zappla. Jujuy

31 Produccion de Hierro y Acero proceso Hierro Esponja Reduccion Direca Del Mineral De Hierro Se emplea agenes reacivos reducores como gas naural, coque, aceie combusible, monoxido de carbono, hidrogeno o grafio. El procedimieno consise en riurar la mena de hierro y pasarla Hierro por un de baja reacor con los agenes reducores, con lo que algunos elemenos calidad no convenienes para la fusion del hierro son eliminados. El produco del sisema de reduccion direca es el hierro esponja que consise en unos peles de mineral de hierro los que pueden ser uilizados direcamene para la produccion de hierro con caracerisicas conroladas.

32 Produccion de Hierro y Acero proceso Hierro Esponja Hierro de baja calidad

33 Produccion de Hierro y Acero proceso Diferenes Procesos de Produccion de Hierro y Acero Hierro de baja calidad

34 Produccion de Hierro y Acero proceso Para fabricar objeos uiles en la indusria mealica, es necesario que el hierro se presene en barras, laminas, alambres, placas, ubos o perfiles esrucurales, los que se obienen de los procesos de rolado. El maerial mealico que se alimena a los rodillos debe ener una forma deerminada, esa forma se obiene al colar en moldes el meal fundido que sera procesado, a esos producos se les llama lingoes o lupias y pueden ser secciones recangulares, cuadradas o redondas. Los lingoes: cilindros con un exremo menor que el oro Las lupias: lingoes de gran amaño con secciones recangulares pueden Hierro de baja calidad ener desde 25 kg hasa varias oneladas, odo dependera de para que se van a uilizar y para con que ipo de rodillos se van a procesar. LINGOTES

35 Produccion de Hierro y Acero proceso COLADA CONTINUA Cuando se requiere un maerial de seccion consane y en grandes canidades se puede uilizar el meodo de la colada coninua, el cual consise en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una valvula puede ir dosificando maerial fundido al molde. Por gravedad el maerial fundido pasa por el molde, el que esa enfriado por un sisema de agua, al pasar el maerial fundido por le molde frio se conviere en pasoso y adquiere la forma del molde. Hierro de baja Poseriormene el maerial es conformado con una serie de rodillos que calidad al mismo iempo lo arrasran hacia la pare exerior del sisema. Una vez conformado el maerial con la forma necesaria y con la longiud adecuada el perfiles, varillas y cora y almacena. maerial se Por ese medio se pueden fabricar barras de diferenes secciones y laminas o placas de varios calibres y longiudes. La colada coninua es un proceso muy eficaz y efecivo para la fabricacion de varios ipos de maeriales de uso comercial.

36 Acero definicion Es una aleacion de hierro y carbono, que puede conener oros elemenos, en la que el conenido de carbono oscila enre 0.1 a 1.7 %, no rebasa el limie de su sauracion al solidificar quedando odo el en solucion solida. Hierro de baja calidad Microesrucuras De Los Aceros Los consiuyenes mealicos que pueden presenarse en los aceros al carbono son: ferria, cemenia, perlia, sorbia, roosia, marensia, bainia, y rara vez ausenia, aunque nunca como unico consiuyene. Tambien pueden esar presenes consiuyenes no mealicos como oxidos, silicaos, sulfuros y aluminaos.

37 Acero definicion El proceso de produccion de acero a parir del Arrabio consise en quemar el exceso de carbono y oras impurezas presenes en el hierro. Una dificulad para la fabricacion del acero es su elevado puno de fusion 1.400ºC, que impide uilizar combusibles y hornos convencionales. Hay 3 imporanes Tipos de Hornos para el Refinamieno del Acero, en cada uno de esos procesos el oxigeno se combina con las impurezas y el carbono en el meal fundido. Se inroduse direcamene mediane presion denro o sobre la carga a raves del oxigeno en el aire. O En forma de oxidos de hierro o herrumbre en la chaarra, eso oxidara las impurezas, las que se perderan como gases, y oras impurezas reaccionaran con la piedra caliza fundida para formar una escoria que sera colada poseriormene. Hierro de baja calidad

38 Acero definicion Cromado: Es una ecnica de proeccion conra la corrosion que se puede aplicar al acero, aluminio, magnesio, y zinc. Es la formacion de oxidos mealicos en la superficie de la piez que reacciona para formar cromaos mealicos. El cromado de aluminio y magnesio mejora la resisencia a la corrosion considerablemene. Con el acero es mucho menos permanene. Galvanizado: Ora ecnica que se aplica solo a aceros suaves, hierro fundido y aleaciones de acero en donde las piezas de rabajo son sumergidas en zinc liquido a una emperaura de 500ºC. Se forma Hierro de baja calidad en la superficie de la pieza una aleacion de zinc/hierro dandole a la pieza una capa adherene de zinc. Nirurizado: Es un proceso para endurecimieno de superficies uilizado solo en cieros ipos de aceros, que resula en una de las superficies mas duras alcanzables por raamienos con calor. El proceso consise en manener las piezas en una amosfera de amoniaco a 500ºC por un maximo de 100 horas. Bajo esas condiciones el nirogeno se combina con el hierro en la superficie para formar nirao de hierro.

39 Acero definicion Formas comerciales del acero. Barras. Se obienen en laminacion y refilado en hileras pudiendo obener secciones de las siguienes formas: Pleinas Cuando el espesor es igual o menor de la decima pare del ancho de la seccion. Cuando el espesor es mas delgado, se llaman flejes. Media caña o pasamanos. Triangulo Cuadrado Hexagono Redondo Perfiles. Se obienen por laminacion siendo su longiud de 4 a 12 m. Doble T Uilizadas como vigas las hay hasa de 600 mm de alura. U Forma vigas compuesas. Hasa 300mm de alura Zea De dimensiones comprendidas enre 30 a 200 mm Tubo Que puede ser de seccion cuadrada, circular, ec. Hierro de baja calidad

40 Acero definicion Acero al carbono Hierro de baja calidad

41 Acero definicion Acero aleados y especiales Azufre: se encuenra en los aceros como impureza, se oleran porcenajes hasa un 0.05 %, en caliene produce una gran fragilidad del acero, dando lugar a aceros llamados de facil mecanizacion que ienen menor resisencia, pero pueden ser rabajados con velocidades de core doble que un acero corriene. Cobalo: se usa en los aceros rapidos para herramienas, aumena la dureza de la herramiena en caliene. Aumena las propiedades magneicas de los aceros. Hierro de baja calidad Cromo: forma carburos muy duros y de mayor dureza, resisencia y enacidad a cualquier emperaura. Solo o aleado con oros elemenos, proporciona a los aceros caracerisicas de inoxidables y refracarios. Empleados en cuchillería, auomóviles, elecrodomésicos, consrucción de hogares y calderas de ala emperaura. Manganeso: se uiliza fundamenalmene como desoxidane y desulfurane de los aceros.

42 Acero definicion Acero aleados y especiales Niquel: aumena la resisencia de los aceros, aumena la emplabilidad proporciona una gran resisencia a la corrosion. Usados en uensilios que necesien gran inoxibilidad: cubererías, maerial quirúrgico, recipienes de cocina, recubrimienos de superficie, embellecedores, ec. Aceros cromo-niquel Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuenra en el, en forma de pequeñisimos globulos, como si esuviese emulsionado, lo que favorece la mecanizacion por arranque de virua, (orneado, cepillado, aladrado, ec.). Hierro de baja calidad Silicio: se emplea como desoxidane en la obencion de los aceros, les proporciona elasicidad. Tienen buenas caracerisicas magneicas. Tungseno: forma con el hierro carburos muy complejos esables y durisimos, soporando bien alas emperauras. Es posible riplicar la velocidad de core de los aceros al carbono para herramienas. Vanadio: proporcionan al acero una buena resisencia a la faiga, raccion y poder corane en los aceros para herramienas.

43 Acero definicion Acero aleados y especiales Molibdeno: juno con el carbono es el elemeno mas eficaz para endurecer el acero. Evia la fragilidad. Aceros refracarios: Mayores porcenajes de cromo y níquel que los inoxidables. Además, pequeñas canidades de ianio, manganeso, molibdeno y volframio. Se fabrican álabes de urbinas de vapor, engranajes, bulones, componenes de misiles, válvulas de moores, resores, ec. Hierro de baja calidad Aceros de core rápido: Aleados con volframio, cromo, vanadio y molibdeno. Empleados en la elaboración de herramienas para ornear, fresar, aladrar, cepillar, aserrar, corar, ec.

44 Acero definicion Clasificacion de los Aceros Con el fin de esandarizar la composicion de los diferenes ipos de aceros que hay en el mercado la Sociey of Auomoive Engineers (SAE) y el American Iron and Seel Insiue (AISI) han esablecido meodos para idenificar los diferenes ipos de acero que se fabrican. En ambos sisemas se uilizan cuaro o cinco digios para designar al ipo de acero. En el sisema AISI se indica el proceso de produccion con una lera Hierro anes del de baja numero. calidad Primer digio: indica el elemeno predominane de aleacion 1= carbono 2= niquel, 3=niquel-cromo, 4=molibdeno, 5=cromo, 6=cromo vanadio, 8=riple aleacion 9 silicio-magnesio. El segundo digio: indica el porcenaje aproximado en peso (%) del elemeno de aleacion señalado en el primer digio. Los digios 3 y 4: indican el conenido promedio de carbono en cenesimas.

45 Acero definicion Cuando en las clasificaciones se iene una lera al principio esa indica el proceso que se uilizo para elaborar el acero. A = Acero basico de hogar abiero B = Acero acido de Bessemer al carbono C= Acero basico de converidos de oxigeno D = Acero acido al carbono de hogar abiero E = Acero de horno elecrico Hierro de baja calidad A10XXX. A= Proceso de fabricacion 10 = Tipo de acero. X = % de la aleacion X X= % de conenido de carbono.

46 Acero definicion El Insiuo del Hierro y del Acero clasifica los aceros en las siguienes series F-100 Aceros finos de consruccion general. F-200 Aceros para usos especiales. F-300 Aceros resisenes a la corrosion y oxidacion F-400 Aceros para emergencia. F-500 Aceros para herramienas. F-600 Aceros comunes. Hierro de baja calidad

47 Acero definicion F-100 Aceros finos de consruccion general. Grupo F-110 Aceros al carbono. Grupo F-120 Aceros aleados de gran resisencia. Grupo F-130 Aceros aleados de gran resisencia Grupo F-140 Aceros aleados de gran elasicidad. Grupo F-150 Aceros para cemenar. Grupo F-160 Aceros para cemenar Grupo F-170 Aceros para nirurar. F-200 Aceros para usos especiales. Grupo F-210 Aceros de facil mecanizado. Grupo F-220 Aceros de facil soldadura. Grupo F-230 Aceros con propiedades magneicas. Grupo F-240 Aceros de ala y baja dilaacion. Grupo F-250 Aceros de resisencia a la fluencia. Hierro de baja calidad

48 Acero definicion F-400 Aceros para emergencia. Grupo F-410 Aceros de ala resisencia. Grupo F-420 Aceros de ala resisencia Grupo F-430 Aceros para cemenar. F-500 Aceros para herramienas. Grupo F-510 Aceros al carbono para herramienas. Grupo F-520 Aceros aleados. Grupo F-530 Aceros aleados. Grupo F-540 Aceros aleados. Grupo F-550 Aceros rapidos. Hierro de baja calidad F-600 Aceros comunes. Grupo F-610 Aceros Bessemer. Grupo F-620 Aceros Siemens. Grupo F-630 Aceros para usos pariculares. Grupo F-640 Aceros para usos pariculares.

49 Tecnologia I Diseño Indusrial "El diseño indusrial es una acividad cuyo objeo es deerminar las cualidades formales que deben poseer los objeos fabricados por la indusria. Esas cualidades formales no se encuenran solo en las caracerisicas exeriores, sino principalmene en las relaciones esrucurales y funcionales que hacen de un sisema un odo coherene, ano desde el puno de visa del producor como del usuario." Esa maxima, an cienificamene coherene y an aplicable a las muliples realidades de la experiencia del diseño, perenece a Tomas Maldonado. gracias