INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE POZA RICA INGENIERIA INDUSTRIAL
MATERIA Procesos de Fabricación
TEMA Metales Férreos y no Férreos
INTEGRANTE Mónica Yareth Cuervo Sánchez
GRUPO 4°A
Poza Rica, Ver. 15 de febrero de 2012 1
1. Intr Introd oduc ucci ción ón Los metale metaless ferros ferrosos os son todos todos aqu aquell ellos os que están están compu compuest estos os por hierro hierro,, estos estos tiene tienenn difere diferent ntes es características causadas por los distintos compuestos que se forman con diferentes elementos, y cada uno proporciona un efecto específico a dicho compuesto. Mientras que los metales no ferrosos son todos aquellos libres de la presencia del hierro, por lo tanto tienden a ser más blandos en comparación con los ferrosos. Aquí trataremos de establecer sus diferencias enfatizando las características de cada uno en relación con los demás.
2. Objetivo Poder establecer las diferencias entre los materiales ferrosos y los no ferrosos y las particularidades de cada compuesto.
3. Contenido 3.1 Metales Ferrosos.
Los metales ferrosos son aquellos que se basan en el hierro, los más importantes en la ingeniería son aleaciones de hierro y carbono, se dividen en 2 grupos principales:
Acero
Hierro fundido
Ambos Ambos con consti stitu tuyen yen el 85 85% % de las tonelad toneladas as de metal metal en Estado Estadoss Un Unido idos. s. Para Para entend entender er mejor mejor lo mencionado anteriormente, procederemos a definir ambos.
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3.1.1 Acero
El acero es una aleación de hierro que tiene un contenido de carbono carbono que varia entre 0.02% y 2.11%, no contiene escoria y se puede moldear, laminar o forjar, generalmente también incluye otros elementos como el manganeso, cromo, níquel, etc. Pero es el contenido de carbono lo que realmente transforma el hierro en acero. El acero se clasifica de acuerdo con los elementos de aleación que contiene. Como el carbono es el elemento más importante, este también se clasifica por la cantidad que contiene.
Aceros al bajo carbono:
Contienen menos del 0.20% y son los más utilizados, se puede lograr el incremento en la resistencia por medio del trabajo en frio. Su microestructura consiste en ferrita y perlita, cuenta con unas aleaciones 3
bastante débiles, pero lo compensa con una ductilidad y tenacidad sobresalientes. sobresalientes. Tal vez son los más populares ya que son los los que tienen menor costo de producción. producción. Son usados comúnmente para la elaboración de tuberías y componentes de automóviles.
Aceros al medio carbono:
Su contenido de carbono varia de 0.20% a 0.50%, 0.50%, pueden tratarse térmicamente con templado y revenido, revenido, los los aceros aceros no aleado aleadoss al carbon carbonoo tienen tienen baja baja capaci capacidad dad de endur endureci ecimie mient ntoo y solo solo pue pueden den tratar tratarse se térmicamente en secciones delgadas y con elevada rapidez de enfriamiento. Sus aplicaciones incluyen componentes de maquinaria y piezas de motores.
Aceros al alto carbono:
Contienen carbono en cantidades superiores al 0.60%, son los aceros más duros, más resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono. A pesar del desgaste son capaces de mantener un filo cortante, los aceros para herramientas (Tool Steel) Steel) caen dentro de esta categoría. Se usa para la fabricación de resortes y hojas de corte.
Aceros de baja aleación:
Son aleaciones de hierro-carbono que contienen elementos adicionales adicionales en cantidades que totalizan 5% del peso, por esta razón los aceros de baja aleación tienen propiedades mecánicas superiores en comparación c omparación con los simples aceros al carbono. Los elementos comunes comunes de aleación que se agregan al acero son cromo, cromo, níquel, vanadio, etc. Los efectos efectos de los ingredientes principales de una aleación: Cromo (Cr): Mejora la resistencia, la dureza, dureza, resistencia al desgaste y dureza dureza en caliente, es uno de los ingredientes más eficaces para agregar templabilidad y además mejora la resistencia a la corrosión. Mangan Manganeso eso (Mn): (Mn): Mejora Mejora la resist resisten encia cia y dureza dureza del acero, acero, cuand cuandoo este este se encue encuent ntra ra calien caliente te la templabilidad mejora con la presencia del manganeso. Molibdeno (Mo): Incrementa la tenacidad y dureza en caliente. También mejora la templabilidad y forma carburos que se resisten al desgaste.
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Níquel (Ni): Aumenta la resistencia y la tenacidad, ayuda a incrementar la dureza pero no tanto como otros ingredientes. Con cantidades significativas mejora la resistencia a la corrosión y lo más importante el ingrediente principal (aparte del cromo) de ciertos tipos de acero inoxidable. Vanadio (V): Inhibe el crecimiento de los granos durante el procesamiento a temperaturas elevadas lo cual mejora la resistencia y tenacidad del acero. También forma carburos que se oponen al desgaste.
Acero inoxidable:
Poseen una resistencia elevada a la corrosión en una variedad de entornos, El elemento principal de aleación es el cromo (se requiere de al menos 11% 11% de cromo en el acero). La resistencia a la corrosión puede mejorarse al añadir níquel y molibdeno, molibdeno, especialmente el medio ambiente. ambiente. Además se divide en tres clases: martensítico, ferrítico y austenítico. 1. Inoxidables austeniticos: austeniticos: Su composición normal es de alrededor del 18% de Cr y 8% de Ni y son los mas resistentes a la corrosión de los tres grupos. No son magnéticos y son muy dúctiles pero muestran un endurecimiento por trabajo significativo. Se emplean para fabricar equipo de procesamiento químico y de alimentos. 2. Inoxidables ferriticos: Contiene de 15% a 20% de cromo, poco carbono y nada de níquel. Esto produce una fase de ferrita a temperatura ambiente. Este tipo de acero inoxidable es magnético y menos dúctil y resistente a la corrosión que los austeniticos. Se usa para la fabricación desde utensilios de cocina hasta componentes de motores. 3. Inoxidables martensiticos: Tienen un contenido de carbono mas elevado que los ferriticos, lo que permite que se les otorgué resistencia por medio de tratamiento térmico. Tienen hasta 18% de Cr pero nada de Ni. Son fuertes duros y resistentes a la fatiga, pero generalmente no tan resistentes a la corrosión como los dos anteriores, los productos que se derivan de este incluyen instrumentos de corte y quirúrgicos. Los aceros inoxidable inoxidabless tradicion tradicionales ales fueron desarrollad desarrollados os a principios principios del siglo siglo XX, estos también se clasifican como aceros inoxidables y se mencionan de la siguiente manera: 4. Aceros inoxidables de precipitación: Tienen una composición química química típica de 17% de Cr y 7% Ni con cantidades pequeñas de elementos de aleación tales como aluminio, cobre, titanio por mencionar algunos. Tienen una característica que los separa del resto de los inoxidables y es que pueden fortalecerse por medio de endurecimiento por precipitación. A temperaturas elevadas mantienen su fueza y resistencia a la corrosión lo que permite su uso para aplicaciones aeroespaciales. 5
5.
Inoxidables dúplex poseen una estructura que es una mezcla de austenita y ferrita en cantidades
aproximadamente iguales. Su resistencia a la corrosión es similar a los grados austeniticos que muestran resistencia mejorada al agrietamiento por esfuerzo-corrosión. Las aplicaciones incluyen bombas y plantas de tratamiento de aguas residuales. 3.1.2 Hierro
El hierro es un elemento de la tabla periódica que tiene como características el numero atómico 26, su punto de ebullición es de 3000 C° y el de fusión es de 1535 C°, cuenta con un peso atómico de 55,847, densidad de 7,88, valencia de 2,3 y su símbolo es Fe. Es uno de los metales más abundante en la corteza terrestre (4.5%), pero cabe aclarar que en la naturaleza nunca lo encontraremos en estado puro, más bien se encuentra mezclado con otros materiales. El hierro tiene varios elementos de aleación, entre ellos el carbono, cromo, manganeso, níquel, molibdeno, vanadio y silicio, estos varían según la propiedad que le queramos adjudicar
Hierros fundidos o fundiciones:
Son aleaciones ferrosas con contenidos contenidos de carbono mayores mayores al 2.1%. La mayoría de fundiciones fundiciones tienen entre 3 y 4.5% C. Estas aleaciones pasan al estado líquido entre 1150º y 1300º C. La mayoría de estas aleaciones son muy frágiles, siendo la técnica de fundición la mejor forma de fabricar geometrías con ella. La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y bajo ciertas condiciones se descompone en ferrita y grafito. La formación del grafito depende de la rapidez del enfriamiento, la composición química y la presencia del silicón en en concentraciones de más de 1%.
Hierro gris:
Contiene entre 2.5 y 4% C y 1 a 3% de Si. El grafito existe en forma de hojuelas rodeadas por una matriz de ferrita o perlita. Debido a las hojuelas de grafito, grafito, la superficie de fractura de estos materiales toma un color grisáceo, y de ahí su nombre (Figura 1). Mecánicamente, el hierro gris es más débil y frágil en tensión que en compresión. Su resistencia y ductilidad son mucho mayores bajo cargas en compresión. Estas aleaciones son muy muy efectivas disipando energía energía de vibraciones. Por dicha razón, las estructuras estructuras de base de maquinaria y equipo pesado se fabrican con este material. El hierro gris es la aleación más barata de todas las aleaciones metálicas.
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Figura 1. Imagen del hierro gris.
Hierro nodular o dúctil:
Si al hierro gris se le añaden pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio, se produce en el material una microestructura y propiedades propiedades mecánicas muy diferentes a las del hierro gris. El grafito siempre se forma, pero no como hojuelas sino como nódulos o partículas esféricas (Figura 2). La aleación que resulta se llama hierro nodular o dúctil. La fase que rodea a los nódulos puede ser perlita o ferrita, dependiendo del tratamiento térmico. Las piezas fundidas fabricadas con esta aleación son mucho más resistentes y dúctiles que las fabricadas con el hierro gris.
Figura 2. Imagen del hierro nodular o dúctil
Hierro blanco:
Para hierros fundidos bajos en silicio (menos del 1%) y velocidades de enfriamiento elevadas, la mayoría del carbono en la aleación se forma como cementita cementita en vez de grafito. La superficie de fractura de este material material tiene un color blancuzco blancuzco y de ahí su nombre nombre fundición fundición blanca blanca (Figura 3). Debido Debido a la gran 7
cantidad de cementita que poseen, las fundiciones blancas son extremadamente duras pero también muy frágiles, frágiles, al grado que prácticamente prácticamente son imposibles imposibles de maquinar. maquinar. Su uso se limita limita a aplicacion aplicaciones es que requieren una superficie muy dura y resistente al desgaste y sin un alto grado de ductilidad. El hierro blanco se utiliza como material material intermedio para la fabricación del del hierro maleable.
Figura 3. Imagen del hierro blanco.
Hierro maleable:
Cuando se calienta el hierro blanco a temperaturas entre 800 y 900º C por un período de tiempo prolongado y en una atmósfera neutra (para evitar la oxidación) la cementita se descompone en grafito el cual existe en la forma de rosetas rodeadas por una matriz de ferrita o perlita (Figura 4). La forma del grafito en el hierro maleable produce una elevada resistencia y ductilidad apreciable.
Figura 4. Imagen del hierro maleable.
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3.2 Materiales no ferrosos.
Los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.
Estaño:
Es un metal bastante escaso en la corteza terrestre. Suele encontrarse concentrado en minas, aunque la riqueza suele ser bastante baja (del orden del 0,02%). El mineral de estaño más explotado es la Casiterita. Características: El estañ estaño o puro puro tiene tiene un colo colorr muy muy brill brillan ante. te. A tempe temperat ratura ura ambi ambien ente te se oxida oxida perdiendo el brillo exterior, es muy maleable y blando, y pueden obtenerse hojas de papel de estaño de algunas décimas de milímetro de espesor. En caliente es frágil y quebradizo. Por debajo de -18°C empieza a descomponerse y convertirse en un polvo gris. A este proceso se le conoce como enfermedad o peste del estaño. Cuando se dobla se oye un crujido denominado grito del estaño.
Cobre:
Características: Es muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleables (pueden formarse láminas hasta de 0,02 mm de espesor). Posee una alta conductividad eléctrica y térmica. Oxidación superficial (verde) Breve evolución histórica del cobre y sus aleaciones: -Año 5000 a. C. En Egipto se emplea con fines ornamentales. -Año 4000 a. C. Se fabrican pequeños objetos: anillos, tijeras, agujas, dedales, etc. -Año 3000 a. C. Se forja el cobre (golpeándolo en frío para endurecerlo).Aparece el bronce. -Año 1500 a. C. Aparece el latón. Con la aparición del hierro empieza a declinar el uso del cobre. -Siglo XVIII. Revolución industrial. Vuelve a adquirir un gran auge en la industria.
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Figura 5. Imagen de las aleaciones del cobre más utilizadas
Zinc:
Es conocido desde la más remota antigüedad, pero no se consiguió aislarlo de otros elementos y, por tanto, obtenerlo en estado puro hasta el siglo XVII. Características fundamentales del zinc -Color blanco azulado. -Es muy resistente a la oxidación y corrosión en el aire y en el agua, pero poco resistente al ataque de ácidos y sales. -Tiene el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos los metales. -A temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100 y 150 °C es muy maleable.
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Figura 6. Aleaciones del zinc
Plomo:
Se empieza a utilizar, aproximadamente, en el año 5000 a. C., adquiriendo gran importancia durante el periodo romano y a partir del del siglo xix. El plomo posee las siguientes características: -De color grisáceo-blanco muy brillante cuando está recién cortado. -Muy blando y maleable -Buen conductor térmico y eléctrico -Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege. -Reacciona con los ácidos lentamente o formando capas c apas protectoras (oxidación superficial) -Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre.
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Otros metales no ferrosos:
Metales pesados -Cromo -Níquel -Wolframio o tungsteno -Cobalto -Metales ligeros -Aluminio -Titanio -Metales ultraligeros -Magnesio
4. Conclusión Podemos concluir en que los metales ferrosos se diferencian de los no ferrosos por el hecho de que ellos tienen hierro en sus compuestos el cual les brinda una mayor dureza y en cierto modo una mayor utilidad para el uso cotidiano mientras mientras que los metales no ferrosos ferrosos tienden a ser más blandos. blandos.
5. Referencias Bibliográficas Bibliográficas
Gover P Mikell, Fundamentos de manufactura moderna, tercera edición, Prentice Hall, Iztapalapa México D.F, 2007.
Amstead, b.h, Begeman, Ostwald m.l., Procesos de manufactura versión SI, 19° reimpresión, Editorial Continental, México, D.F., 2004.
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