Productos Metalúrgicos: Aceros y Fundiciones

1. Definición y Clasificación

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

Son los metales, sus aleaciones y derivados. Los clasifica el CENIM (Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas) que clasifica los productos metalúrgicos en:

• CLASES
• SERIES
• GRUPOS
• INDIVIDUOS

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

Atendiendo a la clase los productos metalúrgicos se designan por letras.

• F - Aleaciones férreas
• L – Aleaciones ligeras
• C - Aleaciones de cobre
• V – Aleaciones varias
• S – Productos sinterizados

2. Aleaciones Fe-C

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

La diferencia más notable es que en las aleaciones de Fe-C el hierro, al alearse con el carbono, adquiere unas propiedades con una gran importancia industrial.

¿Cómo se puede presentar la combinación Fe-C?

La aleación de Fe – C se puede encontrar:

• A) Disuelto: Formando la solución sólida intersecial en Fe γ (austenita) y en pequeñísimo porcentaje en Fe α formando ferrita.
• B) Combinado: Formando el compuesto intermetálico Fe₃C (cementita).
• C) Libre: Formando láminas o módulos de grafito.

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

Aceros: El contenido de C es inferior al 2%.

1. Aceros hipoeutectoides: Contenido de C es inferior al 0.8%.
2. Aceros eutectoides: Contenido en C es exactamente el 0.8%
3. Aceros hipereutectoides: El contenido en C está comprendido entre 0.8 y 2%.

Fundiciones: Contiene más de un 2% de C.

1. Fundiciones hipoeutécticas: El contenido de C está comprendido entre 2 y 4.3 %.
2. Fundiciones eutécticas: El contenido en C es 4.3 %.
3. Fundiciones hipereutécticas: Contienen más del 4.3% de C.

3. Constituyentes Estructurales de las Aleaciones Fe-C

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

• Austenita (Fe γ): Solución sólida de inserción de C en Fe γ. Sólo estable a temperaturas superiores a 723ºC, a temperaturas inferiores se desdobla en ferrita y cementita. La austenita es deformable, poca dura, gran resistencia al desgaste, no magnética y es el constituyente más denso de los aceros.
• Ferrita (Fe α): Solución sólida de inserción de carbono en Fe α con estructura CC. La solubilidad a temperatura ambiente es del 0.008%, puede contener en solución de sustitución a otros elementos, impurezas o elementos de aleación. Es el constituyente más blando y maleable. Los reactivos habituales no la colorean.
• Cementita (Fe₃C): Es el carburo de hierro, que cristaliza en el sistema ortorrómbico. Es una fase sólida con una cantidad relativamente grande de C. Es muy frágil y duro a bajas temperaturas es ferromagnético y pierde esta propiedad a 212ºC (punto de Curie).
• Perlita: Es una mezcla eutectoide de ferrita y cementita. Cuando se le ataca con reactivos sensitivos al soluto, la perlita tiene apariencia laminar características 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. Es más dura y resistente que la ferrita pero más blanda y maleable que la cementita.

4. Elementos Aleantes en Aceros

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

• Estabilizadores austeníticos (TIPO A): Son elementos que tienden a agrandar la región austenítica del diagrama Fe- C (Ej. Mn, Ni, Co, C, Cu y Zn).
• Estabilizadores ferríticos (TIPO B): Son elementos que tienden a estrechar la región austenítica del diagrama Fe-C (Ej. Si, Cr, W, V, P, Ti y Al, B, S, Ta, Zr)

5. Clasificación de los Aceros

Clasifica los aceros atendiendo a su composición. Enuméralos.

A) Aceros ordinarios o al carbono: Aleaciones de Fe-C que contienen otros elementos en pequeña proporción (impurezas).

• Aceros extrasuaves (0.1 a 0.2% de C)
• Aceros suaves (0.2 a 0.3% de C)
• Aceros semisuaves (0.3 a 0.4% de C)
• Aceros semiduros (0.4 a 0.5% de C)
• Aceros duros (0.5 a 0.6% de C)
• Aceros extraduros (0.6 a 0.7% de C)

B) Aceros aleados: Además de impurezas contiene uno o varios elementos adicionados intencionadamente en proporciones adecuadas que comunican determinadas características.

6. Procesos de Elaboración y Tratamientos

Tipos de procesos de elaboración y como afectan a su clasificación.

1. EN CALIENTE

• A) Por laminación
• B) Por forja

2. EN FRÍO

• A) Por laminación
• B) Por estirado o trefilado

Cuando un material endurecido se le somete a un recocido se vuelve blando. Si por deformación en frío se aumenta la resistencia a la tracción hasta 1.2 veces el valor para el blando se convierte en semiduro, si en 1.4 veces en duro y si en 1.8 veces en templado.

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

Provocan ciertas mejoras en características mecánicas como la dureza, el límite elástico y el límite de fluencia.

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

Las tensiones internas generadas pueden dar lugar a:

• Deformaciones de las piezas después de haber sido maquinadas. Este hecho hace imposible el acabado final si las tolerancias son muy estrechas.
• Esfuerzos superficiales de tracción. Tienden a aumentar los defectos superficiales y la sensibilidad de entalla, rebajan la resistencia a la fatiga y favorecen la corrosión.

Consecuencia del proceso de tratamiento en caliente.

Las consecuencias de este proceso de conformación en caliente son:

1. Permiten conseguir la misma deformación que el trabajo en frío pero con menor cantidad de esfuerzo.
2. Debido a que se produce simultáneamente los procesos de deformación y de recristalización se obtiene:
   • Un grano más fino
   • Materiales más blandos y dúctiles
   • Ausencia de tensiones residuales
   • Estructura más uniforme.

7. Fundiciones

Definición de fundición.

Es el producto siderúrgico con un contenido en carbono superior al 2 %. Además, contienen cantidades apreciables de silicio (0.5 a 3 %), manganeso (0,4 a 2 %) e impurezas de azufre y fósforo.