Metalurgia y Transformaciones del Acero

Introducción a la Metalurgia

¿Qué es una ganga? Es una mezcla de minerales, compuestos ajenos al metal, constituida fundamentalmente por silicatos y carbonatos.

¿Cuál es el principal método para quitar el oxígeno al óxido de hierro? El principal método es el de fusión y reducción, que se ayuda de carbón mineral. Este suministra calor al metal para que se produzca su fusión y, con la ayuda de un elemento reductor (carbono), se obtiene una reacción donde aparece solo hierro.

¿Cuál es el principal método para eliminar el exceso de carbono en la extracción del hierro? El proceso de oxidación y fusión, que consiste en inyectar aire o agentes a la masa de Fe para que reaccione con las impurezas que se quieren quitar.

Alotropía del Hierro

¿Qué particularidad hace diferente al hierro a temperatura ambiente y a más de 910ºC? El hierro se caracteriza por su alotropía, propiedad que cambia la estructura de los elementos químicos. Cuando el Fe se encuentra a menos de 910ºC, se forma el Feα, una estructura cúbica en la que los átomos se encuentran en las aristas y un átomo en la parte central. Es el único estable. Cuando el hierro se encuentra a más de 910ºC, se forma el Feγ, una estructura cúbica con los átomos centrados en las caras.

Aleaciones

Ejemplos de una aleación binaria, ternaria y cuaternaria:

• Binaria: bronce (cobre y estaño), latón (cobre y zinc).
• Ternaria: aluminio-silicio-magnesio.
• Cuaternaria: acero inoxidable (hierro + carbono + cromo + níquel).

Diagrama Hierro-Carbono

En el diagrama hierro-carbono, ¿qué punto singular es el de 4.3% C? Se produce en el punto eutéctico, que se caracteriza por tener un 4.3% de carbono y una temperatura de 1130ºC. Este punto divide a las fusiones en: fundiciones hipoeutécticas (del 2 al 4.3% de C) y fundiciones hipereutécticas (del 4.3 al 6.6% de C).

En el diagrama hierro-carbono, ¿qué punto singular es el de 0.8% C? Aparece el punto eutéctoide, que se caracteriza por tener un 0.8% de carbono y una temperatura de 722ºC. Este punto diferencia a los aceros hipoeutectoides (del 0 al 0.8% de C) y los hipereutectoides (del 0.8 al 2% de C). Aparece la perlita.

Tanto % de C de un acero hipoeutectoide: De 0 a 0.8% de C.

Tanto % de C de una fundición hipereutectoide: De 4.3 a 6.67% de C.

Tanto % de C de un acero que presenta el 50% de perlita y 50% de cementita: (2 + 0.8) / 2 = 1.4% de C.

50% ferrita y 50% perlita: Sería un acero con un % de C entre 0.008 y 0.85.

¿A qué temperatura mínima podemos encontrar austenita? 723ºC con un 0.8% de C. A partir de los 910ºC aparece la austenita sin C.

Aceros a temperatura ambiente dependiendo del % de C:

• Acero: 0.03 - 2% carbono.
• Ferrita: 0.008 - 0.025% carbono.
• Ledeburita: 4.3% carbono.
• Austenita: 2% carbono.
• Fundición: del 2 al 6.67% carbono.
• Perlita: 0.8% carbono.
• Cementita: 6.67% carbono.

Tratamientos Térmicos del Acero

¿Qué diagrama representa los procesos de enfriamiento del acero? Patentado, recocido y normalizado:

• Recocido: se enfría a una velocidad lenta para conseguir que el acero sea dúctil, maleable y resistente.
• Normalizado: se enfría a velocidad más rápida que el recocido, aumenta la dureza y la resistencia, y disminuye la deformabilidad.

Revenido y temple:

• Temple: se enfría a gran velocidad, se consigue alta dureza y resistencia, y baja deformabilidad. Se debe evitar la alta fragilidad.
• Revenido: se aplica a los aceros templados y consiste en volver a calentar el acero por debajo de la temperatura de austenización, lo que le da más trabajabilidad.

¿Qué diagrama representan los procesos de enfriamiento del acero? El diagrama de las curvas de transformación de las eses o triple T (tiempo, temperatura y transformación).

Diagrama TTT y curvas SS: Se basan en la experiencia en taller. Las curvas no varían en los aceros, lo que varía es la separación entre ellas. Indican las transformaciones que, a una determinada temperatura, sufre la austenita de una pieza de acero que ha sido calentada hasta conseguir una estructura totalmente austenítica y enfriándola después rápidamente, impidiendo que se efectúe transformación alguna hasta la temperatura a la que permanecerá durante el tiempo necesario para la transformación.

Métodos para obtener austenita (Feγ) a temperatura ambiente: Debe haber un cambio brusco de ºC. Se calienta el metal hasta la temperatura crítica y luego se enfría rápidamente; como resultado, la austenita se cristaliza formando la martensita. Otra opción es agregar a la fundición otros elementos químicos para que, cuando vuelva a temperatura ambiente, siga siendo Feγ.

Soldadura

La soldadura: Puede ser física, química o térmica, y es la capacidad de unir dos metales mediante cualquier acción (física, química o térmica). Para que esté bien hecha, el elemento resultante ha de tener, al menos, la misma resistencia que el elemento de menor resistencia de los elementos unidos.

Propiedades de los Metales

Propiedades intrínsecas (inherentes) y extrínsecas de los metales:

• Intrínsecas: son aquellas que se manifiestan sin que haya ninguna fuerza externa (peso atómico y número atómico).
• Extrínsecas: son aquellas que están unidas al enlace metálico pero necesitan de una fuerza externa para manifestarse (conductividad y maleabilidad).

Corrosión y Protección

¿Por qué se galvaniza algunas piezas de acero? Para protegerlas de los agentes agresivos.

¿Qué es la metalurgia? Es la ciencia que estudia la extracción y el tratamiento de los metales.

¿A mayor dureza mayor resistencia? No, la dureza va unida a la fragilidad.

Vain y Davenport: Las investigaciones son relativas a las transformaciones de la austenita a temperatura constante, al comprobar que, cuando se calienta un acero a una temperatura mayor que la de la línea correspondiente a la temperatura crítica superior, se tiene una estructura austenítica de acuerdo con el diagrama Fe-C. Una vez alcanza esa temperatura, enfriaban la pieza de acero bruscamente hasta una determinada temperatura, manteniéndola un tiempo hasta que la austenita se transforme en ferrita, cementita y perlita.

Corrientes vagabundas: Se presentan cuando el metal está expuesto a un campo eléctrico externo. Este campo puede producirse, por ejemplo, cuando una línea de transporte electrificada utiliza los raíles para el retorno de corriente a la estación generadora y, a causa de una mala unión entre sus tramos o un mal aislamiento, parte de la corriente de retorno vuelve por el suelo. Si por las proximidades discurre algún elemento metálico, estas corrientes pueden penetrar en ellos y salir en las proximidades del generador. Por donde penetra quedará como zona catódica y protegida, mientras que por donde sale se producirá corrosión.

El aluminio es más electronegativo que el acero, entonces, ¿por qué es más estable en algunos medios agresivos que el acero? Porque en medios agresivos estos atacan sobre todo al hierro, por lo que pasará a ser el más electronegativo.

Comportamiento del par galvánico, aluminio anodizado-acero en un medio básico: En un medio básico el acero se protege y el aluminio se corroe rápido.

Comportamiento del par galvánico, aluminio-acero en un medio mediano agresivo: En ambientes agresivos (industriales, cloruros…) ataca al acero y al aluminio, que responde más o menos bien al ataque de cloruros.