Clasificación y Propiedades de Productos Metalúrgicos

1. ¿Qué familia de productos engloba la definición de productos metalúrgicos y quién los clasifica?

Según la norma UNE, producto siderúrgico es toda sustancia que ha sufrido un proceso metalúrgico. Los productos siderúrgicos se clasifican en: Hierros, Aceros, Fundiciones, Ferroaleaciones, Aleaciones especiales, Conglomerados férreos.

2. ¿Cómo queda la división de los productos metalúrgicos atendiendo a la clase?

La clase de los productos metalúrgicos se designa con letras: F – Aleaciones férreas, L – Aleaciones ligeras, C – Aleaciones de cobre, V – Aleaciones varias, S – Productos sintetizados.

3. ¿Qué diferencia existe entre el Hierro y la combinación Fe-C?

Fe-C es una aleación de hierro y carbono (acero), mientras que lo otro es simplemente hierro.

4. ¿Cómo se puede presentar la combinación Fe-C?

Puede encontrarse en los productos siderúrgicos de tres formas:

• Disuelto: Formando la solución sólida intersticial de austenita y en pequeñísimo porcentaje de ferrita.
• Combinado: Con el hierro formando el compuesto intermetálico cementita.
• Libre: Formando láminas o módulos de grafito.

5. ¿Cómo se clasifican las aleaciones Fe-C dependiendo del % de C?

Dependiendo del % de C, las aleaciones de Fe-C se clasifican en:

• Aceros, del 0 al 2% de C. (Hipoeutectoide, C < 0.8%. Eutectoide, C = 0.8%. Hipereutectoide, 0.8 < C < 2%.)
• Fundiciones, del 2 al 5% de C. (Hipoeutéctica, 2 < C < 4.3%. Eutécticas, C = 4.3%. Hipereutéctica, C > 4.3%.)

6. Da una breve definición de algunos de los constituyentes estructurales de Fe-C:

Austenita (Fe ϒ)

Es el principal constituyente a temperaturas elevadas. Solo es estable a temperaturas superiores a 723ºC, desdoblándose a temperaturas inferiores en ferrita y cementita. Es deformable, poco dura, presenta una gran resistencia al desgaste, no es magnética y representa el constituyente más denso de los aceros.

Ferrita (Fe α)

Consiste en una solución sólida de inserción de carbono en Fe con estructura CC, siendo la solubilidad a la temperatura ambiente solo del 0.008%. También puede contener en solución de sustitución a otros elementos que figuran como impurezas o elementos de aleación. Es el constituyente más blando y maleable.

Cementita (Fe3C)

Cristaliza en el sistema ortorrómbico. Es una fase sólida con una cantidad relativamente grande de C. Muy frágil y duro, a bajas temperaturas es ferromagnético y pierde esta propiedad a 212ºC. Funde por encima de 1450ºC y es termodinámicamente inestable a temperaturas inferiores a 1200ºC.

Perlita

Formada por una mezcla eutectoide de dos fases, ferrita y cementita. Se presenta en condiciones de equilibrio a la temperatura de 727ºC y una concentración del 0.8% de C. Cuando se le ataca con reactivos sensitivos al soluto, la perlita tiene una apariencia laminar característica con bandas alternadas de ferrita (claras) y cementita (oscuras). Contiene un 88% de ferrita y un 12% de cementita. Las propiedades mecánicas son intermedias entre ambos componentes.

7. ¿Qué elementos combinados con la aleación Fe-C alteran sus propiedades?

Las aleaciones férreas contienen, en general, otros elementos que afectan de forma importante a su comportamiento y transformaciones. Estos elementos se dividen en:

• Estabilizadores austeníticos: Son aquellos elementos que tienden a aumentar la región austenítica del diagrama Fe-C.
• Estabilizadores ferríticos: Son elementos que tienden a disminuir el intervalo de temperaturas en que es estable la austenita.

8. Clasifica los aceros atendiendo a su composición. Enuméralos.

Atendiendo a su composición se clasifican en:

• Aceros ordinarios al carbono: Aceros extrasuaves, Aceros suaves, Aceros semisuaves, Aceros semiduros, Aceros duros, Aceros extraduros.
• Aceros aleados.

9. Tipos de procesos de elaboración y cómo afectan a su clasificación.

Por el proceso de elaboración, los aceros pueden ser:

• Aceros al convertidor.
• Aceros Martin-Siemens.
• Aceros al horno eléctrico.
• Aceros al crisol.

En los tres primeros se distinguen también entre ácidos y básicos.

10. ¿Qué mejoras en las propiedades se obtienen con el tratamiento en frío?

Se emplea ampliamente en la industria para mejorar ciertas características mecánicas como:

• Dureza.
• Límite elástico.
• Límite de fluencia.

11. ¿Qué provocan las tensiones internas que se obtienen en el tratamiento en frío?

Las tensiones internas pueden dar lugar a los efectos siguientes:

• Producir deformaciones en las piezas después de maquinadas, haciendo imposible el acabado final si las tolerancias son muy estrechas.
• Producir esfuerzos superficiales de tracción, que tienden a:
  • Aumentar los defectos superficiales y la sensibilidad de entalla.
  • Rebajar la resistencia a la fatiga.
  • Favorecer la corrosión.

12. Consecuencia del proceso de tratamiento en caliente.

Como se producen simultáneamente los procesos de deformación y de recristalización, es posible obtener:

• Un grano más fino.
• Materiales más blandos y dúctiles.
• Ausencia de tensiones residuales.
• Estructura más uniforme.

13. Definición de fundición.

Es el producto siderúrgico con un contenido en carbono superior al 2%. Además, contiene cantidades apreciables de silicio (0.5 a 3%), manganeso (0.4 a 2%) e impurezas de S y fósforo.

14. Factores que influyen en el coeficiente de reparto del carbono.

·Velocidad de enfriamiento.

·Composición: silicio, magnesio, azufre, fósforo y otros elementos.

15. Constituyentes estructurales más específicos de las fundiciones.

Los constituyentes más específicos de las fundiciones son: cementita, austenita, ledeburita, ferrita y perlita.

16. Clasificación de las fundiciones.

Por su composición:

• Eutécticas: contenido de 4.3% de CE.
• Hipoeutécticas: entre el 2 y 4.3% de CE.
• Hipereutécticas: con más de 4.3% de CE.
• Aleadas: cuando además de Fe y C, contiene otros elementos.

Por el proceso de elaboración:

• Arrabio o fundición de primera fusión, obtenida directamente en el alto horno.
• De segunda fusión, obtenida de fundición de arrabio con chatarra y otros productos.
• Sintética, obtenida a partir de acero, añadiéndole los elementos necesarios.

Por la forma de presentarse el carbono:

• Fundición blanca: su fractura es blanca. Se presenta el C combinado en forma de Fe₃C.
• Fundición gris: la mayor parte del carbono está en forma de grafito. Se subdivide en 3: Ferrita, Hipoeutoecoide, Perlita.
• Fundición atruchada: parte del carbono se presenta en forma de cementita y grafito. El aspecto de la fractura es más o menos blanco, según el porcentaje de C combinado.
• Fundición maleable: puede ser maleable europea o de corazón blanco y maleable americana o de corazón negro.
• Fundición dúctil: el grafito tiene forma de pequeñas esferas.

17. Tratamientos térmicos más empleados en las fundiciones.

Recocido, temple, revenido, austempering, martempering, temple superficial por flaneado, nitruración.

18. Clasificación de la fundición maleable.

Se clasifica según el tratamiento térmico aplicado:

• Maleabilidad americana o de corazón negro, se obtiene a partir de fundición blanca mediante un recocido a temperaturas entre 800º y 900ºC. El enfriamiento debe ser muy lento para evitar la formación de perlita.
• Maleabilidad europea o de corazón blanco, se obtiene de la descarburación de la fundición blanca mediante un tratamiento termoquímico, calentándola en presencia de oxidante a temperaturas entre 900º y 1100ºC durante varios días. Es un proceso inverso a la cementación.

19. Clasificación de las fundiciones aleadas.

Se clasifican según el porcentaje de los elementos de aleación:

• Fundiciones de baja y media aleación: fundiciones en que la suma de los porcentajes de los elementos de aleación no sobrepasa el 5%. Por ejemplo, las fundiciones de alta resistencia y las fundiciones martensíticas.
• Fundiciones de alta aleación: fundiciones en que los porcentajes de los elementos de aleación alcanzan valores superiores al 5%.
• Fundiciones dúctiles o de grano esferoidal, material relativamente nuevo.

20. Características de los aceros aleados.

Elevan la templabilidad, mejoran las características mecánicas a bajas y altas temperaturas, mejoran la resiliencia a la oxidación y a la corrosión a temperaturas elevadas, e introducen o modifican ciertas propiedades específicas.

21. Clasificación de los aceros según los constituyentes estructurales.

Aceros perlíticos, aceros martensíticos o de autotemple, aceros austeníticos (estables e inestables).

22. Clasificación de los aceros al níquel dependiendo de las características magnéticas.

Magnéticos irreversibles, menos del 29% de Ni; diamagnéticos, entre el 28 y 33% de Ni; magnéticos reversibles, con más de 33% de Ni.

23. Anomalías que presentan las aleaciones magnéticas reversibles.

• Variaciones de longitud: a temperaturas superiores al punto de Curie, la variación longitudinal es una función de la temperatura. A temperaturas inferiores a este punto, primero aumenta el módulo y luego disminuye.
• Variaciones del módulo de elasticidad: a temperaturas superiores al punto de Curie, el módulo de elasticidad disminuye lentamente. A temperaturas inferiores a este punto, primero aumenta el módulo y luego disminuye.

24. Enumera los aceros con porcentajes altos de aleación.

Aceros inoxidables Cr-Ni, aceros refractarios, aceros marjados, aceros de corte rápido.