Metalurgia y Aceros: Procesos, Fases y Tratamientos Térmicos

Metalurgia: Ciencia de los Metales

La metalurgia es la ciencia que estudia los metales.

Metalurgia Extractiva

La metalurgia extractiva se enfoca en la obtención de metales a partir de minerales y su preparación para su uso. Este proceso involucra varias etapas:

• Extracción de la mena
• Reducción a metal
• Afinado o purificación

Mena: Es el mineral que contiene el elemento de interés. La concentración del elemento buscado debe ser alta para que la explotación sea rentable.

Ganga: Es el resto de material o roca que acompaña a la mena y que carece de valor en la explotación.

Aleaciones Férricas

Aceros

Los aceros son aleaciones de Fe + C (0.03-2.11%) + elementos químicos. Se clasifican en:

• Aceros al carbono (aceros ordinarios)
• Aceros aleados

Fundiciones

Las fundiciones son aleaciones de Fe + C (2.11-6.67%) + elementos químicos. Se clasifican en:

• Fundiciones ordinarias
• Fundiciones aleadas

Diagrama Metaestable (Fe-Fe3C)

• Fase Ferrita (α): BCC, a=2.92 Å, C en Fe máximo: 0.09% a T=1495ºC
• Fase Austenita (γ): FCC, a=3.65Å, C en Fe máximo: 2.11% a T=1148ºC
• Fase Ferrita (α): BCC, a=2.86Å, C en Fe máximo: 0.02% a T=727ºC

Transformaciones Invariantes

• Peritéctica (T=1495ºC): L + δ → γ
• Eutéctica (T=1148ºC): L → γ + Fe3C
• Eutectoide (T=727ºC): γ → α + Fe3C

Tipos de Aceros

• Hipoeutectoide: <0.7% C (ferrita primaria y perlita)
• Eutectoide: =0.7% C (microestructura perlítica) - se produce en todos los aceros en el enfriamiento lento
• Hiperutectoide: >0.7% C (cementita primaria y perlita)

Tratamientos Térmicos Básicos del Acero

Estos tratamientos afectan a todo el material y constan de tres etapas:

1. Calentamiento: Hasta la región austenítica.
2. Temperatura constante: Para alcanzar el equilibrio.
3. Enfriamiento: Genera cambios microestructurales, obteniendo estructuras en equilibrio, cuasi-equilibrio o desequilibrio.

Enfriamiento de Aceros

• Recocido: Enfriamiento en el horno apagado. Produce perlita gruesa (ablanda el acero). La perlita gruesa tiene una estructura laminar, difícil de mecanizar. Se utilizan herramientas de corte de fase cementita. Se busca destruir la estructura, por lo que se realiza el recocido de globulación.
• Recocido de Globulación o Austemperado: T cercana al eutectoide durante 8-12 horas. Se forma esferoidita.
• Normalizado: Enfriamiento al aire. No está totalmente en desequilibrio. Aumenta la resistencia de los aceros respecto al recocido. Se forma perlita fina.
• Temple: Enfriamiento brusco (aceite o agua). Material termodinámicamente inestable, muy duro pero frágil. Transformación de fase en martensita.
• Temple Revenido: Descomposición parcial de la martensita. Se calienta el acero, aumentando su ductilidad y tenacidad, y disminuyendo la resistencia. Aparece martensita revenida o bainita.

Martensita, martensita revenida, bainita, perlita fina, perlita gruesa, esferoidita

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