Tecnologia de los materiales

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10- ¿Cuáles son los factores que determinan si es rentable la extracción del mineral?

Los factores son:

  • Situación geográfica. Profundidad, consistencia de las tierras, facilidad de transporte, etc.
  • Forma de extracción requerida. Cantera, minas y otras
  • Naturaleza y calidad de ganga y de la mena. Debe contener como mínimo entre un 40 y 50 por 100, y que la ganga no contenga azufre.
  • Factores sociales y económicos. Oferta y demanda reales.

  • ¿Qué función cumple la piedra caliza y el coque en el proceso de obtención del arrabio?

El carbón de Coque, produce por combustión, el calor necesario para las reacciones químicas de reducción (eliminación de oxígeno) así como para fundir la mena dentro de un horno especial, y la piedra caliza (dolomita) tiene como función bajar el punto de fusión de ganga haciendo que la escoria se encuentre fluida  y reaccionar químicamente con la ganga que contiene la mena, lo arrastra hacia la parte superior formando lo que se denomina escoria. 

  • Describe el proceso en un alto horno, detallando cada una de sus pasos o etapas.

Primer Paso: Se asegura que las compuertas de limpieza estén cerradas, se abren las piqueras de escoria y de arrabio- por donde sale el material- y las toberas de aire.

Segundo Paso: Se coloca el combustible en el fondo y se enciende.

Tercer Paso: Una vez que hay llama, se introduce un tercio del carbón de coque hasta que llegue al rojo vivo. Luego el otro tercio, y finalmente el resto. Cuando todo el material esta al rojo vivo, se comprueba si con él se llena la zona de fusión.

Cuarto Paso: Se introduce rápidamente el resto de los componentes en forma intercalada (carbón de coque, piedra caliza) y se inicia el proceso. Éste ocurre de manera continua: a medida que se incorporan componentes, se retira el arrabio y la escoria, por lo que el horno permanece siempre en funcionamiento

13- Existen varios procedimientos que se utilizan para la obtención de aceros. Realice una breve síntesis de:

  • Procedimientos de soplado:
  • Horno de oxigeno (LD)

-La parte inferior está cubierta de ladrillo refractario (de composición química básica).

-Se usa para la obtención de acero de extraordinaria calidad.

-Por hornada se producen 300 toneladas de acero

Funcionamiento

-El proceso de carca se efectúa colocando el horno en posición inclinada.

-Se añada al arrabio líquido, los fundentes y/o chatarra.

-Finalmente se añade el carbón y elementos de aleación necesarios.

  • Convertidores (Bessemer y Thomas)

  -El proceso es similar al del LD, la diferencia es que se introduce una mezcla de oxigeno y nitrógeno, este ultimo proporciona dureza y fragilidad al acero. Este método prácticamente ya no se usa.

 El convertidor Bessemer, se usa cuando no existen impurezas de azufre y fósforo, y el convertidor Thomas las paredes de dolomita y el agregado de cal elimina el fósforo y el azufre.

  • Procedimientos de hogar abierto:
  • Horno Martin – Siemens

Consiste en mezclar arrabio con chatarra de acero que contiene menos carbono, de manera que este  se reduzca hasta límite deseado. Sobre una bandeja (ácida si no existe azufre ni fosforo y básica si es necesario quitar el fósforo y el azufre).Se deposita la chatarra de acero y la caliza (fundente), una vez alta la temperatura se echa arrabio sobre los materiales y se hace fundir la mezcla. Se toman muestras de análisis periódicamente para corregir el proceso.

  • Procedimientos eléctricos:
  • Horno Eléctrico.

  -Tiene un revestimiento interior de ladrillo refractario. Se construyen para cargas de 100 toneladas.

-Se carga principalmente con chatarra de acero seleccionada.

-Materiales de aleación tales como: Ni, Cr, Mo, etc.

Funcionamiento

  • Se introduce la chatarra más el fundente (cal) en el horno.
  • Se funde el metal introducido, mediante 3 cilindros de grafito (electrodos) entre los cuales, y la chatarra, saltan potentes arcos elásticos que funden el metal.
  • Se saca la escoria producida, se añade carbono (en forma de carbón, típica antracita) y se sigue calentado toda la masa.
  • Luego se añaden aleaciones metálicas de ferrosilicio, ferromagneso, sílice y cal en abundancia para eliminar el azufre.
  • Finalmente se vierte todo el acero fundido hacia adelante sobre una cuchara especial que lo llevará al área de colada.

14- Describa las fundiciones de acuerdo al % de carbono.

Las fundiciones son compuestos de hierro que se obtiene del arrabio y que contiene un porcentaje de entre 2 y el 5 % de carbono. En general son frágiles y  duras, resisten mal la atracción pero muy bien la compresión. Se clasifica blanca, gris, maleable y dúctil.  

En la fundación blanda (primera fusión), el carbono esta combinado con el hierro en forma de cementita, que al romperse le da un color blanco. Procede directamente de alto horno y su contenido de carbono varía entre  el  2 y 3 %. Es un materia frágil, duro y difícilmente mecanizable, se utiliza en piezas de mucho desgate.

En la fundición gris (segunda fusión), el carbono se encuentra en forma de laminas de grafito, las cuales le confieren un color gris. Se obtiene mediante la fusión del arrabio con la chatarra y el fundente en un horno  de cubilote, que es similar al alto horno pero de menor escala. Es un material frágil que no sirve para forjar ni soldar, pero es mecanizado y muy maleable. Tiene un bajo costo, y se utiliza para realizar formas complicadas, la capacidad que tiene es la absorción de las vibraciones.

La fundición maleable es un subproducto de la fundición blanca a la que se le trata para darle cierta  maleabilidad y ductilidad, con la que se disminuye su fragilidad y aumenta la posibilidad de deformación. Se utiliza en la  las piezas que no estén sometidas al fuerzas mecánicas.  

Fundición dúctil: se obtiene mediante el agregado de níquel con magnesio a la fundición gris. Estos elementos haces que el grafito adquiera estructura nodular, que proporciona características similares a la fundición maleable pero con mayor resistencia mecánica y buena ductibilidad.

15- En qué consiste el proceso de fundición o moldeo. Describe las operaciones  que deben llevarse a cabo para la conformación o moldeo.

Este proceso consiste en verter el material fundido en moldes que le dan al enfriarse la forma definitiva. Los materiales ideales son los que tienen menor temperatura de fusión, como las fundiciones de hierro. Para fundir acero se necesitan altas aleaciones denominadas aceros de moldeo.

Las operaciones son:

Fusión del metal: Se realiza en hornos o convertidores, el material se traspasa en cucharas torpedos que lo mantienen fundido.

Preparación del modelo: Tiene la misma forma  del objeto que se requiere obtener y por lo general es de madrea. Para su diseño es necesario tener en cuenta que el material se contrae, que existen limitaciones a los detalles constructivos, etc.

Preparación del molde: sobre la base del modelo, se construye un molde que puede tener una entrada para el material fundido (bebedero) y una salida para los gases producidos. (Mazarota).

Colada: consiste en verter el metal fundido en el molde, y puede realizarse de diferentes modos:

    • Colada directa: El molde se llena por la parte superior lo cual favorece la correcta solidificación del metal.
    • Colada por sifón o en fuente: el metal se vierte por los bebederos y entra por el fondo o la base del molde. Así se elimina mejor el aire  y se evitan poros o sopladuras.  Como inconveniente, suele no solidificar bien y queda mucho material en los bebederos.
    • Colada por el costado: es una solución intermedia entre las otras dos. Sin embargo es el método que desaprovecha más material.
    • Colada continua (recomendable): El metal fundido se vierte sobre un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma del producto que se desea obtener. El material sale sin interrupción de la maquina hasta que la cuchara vierte todo el metal que contiene, así se desperdicia menos, se ahorran mas moldes, energía y mano de obra.

Acabado: La pieza se retira del molde, se limpia, se quitan las rebabas, los bebederos y las mazarotas. Además  se le aplica un tratamiento térmico que eliminan las tensiones internas provocadas por los cambios de temperatura.

16- ¿Qué consideras que es el proceso de deformación? Describe las diferentes técnicas.

El proceso de deformación es el que obtiene la forma final del material, deformándolo en caliente o en frío. Entre ellos:

  • La forja: consiste en aplicar deformaciones plásticas tanto en frio como en caliente, sin llegar a la fusión. Logra piezas de buena resistencia mecánica y sin sopladuras.
  • La laminación: se realiza en frio o en caliente, y es una conformación plástica consistente en comprimir el metal.
  • Estampado en caliente: es una forja realizada en forma mecánica que se utiliza para obtener piezas de mayor envergadura y realizadas en forma repetitiva.
  •  Estampado en frio: consiste en deformar chapas finas obtenidas previamente por laminación. Según su forma puede ser: plegado, punzonado, embutición, estirado y cizallado.

17- En que consiste el proceso por arranque de viruta

Se utiliza para fabricar piezas con mayor precisión, utilizando máquinas-herramientas que remplazan la mano del hombre. Más utilizadas:

    • Cepilladora, limadora, torno, taladro, fresadora, esmeriladora, y la rectificadora.

18- ¿Cuáles son los tratamientos para mejorar las propiedades mecánicas una vez conformado el producto?

Es posible mejorar sus características mecánicas mediante tratamientos térmicos y termoquímicos, como el templado y el recocido.

    • Templado: consiste en calentar el material (900°C) enfriarlo bruscamente en un líquido. Aumenta dureza y resistencia pero también la fragilidad.
    • Revenido: es similar en templado pero el material se calienta a menos temperatura a (700°C).De esta manera se corrige la excesiva dureza y la fragilidad de un mal templado.
    • Recocido: consiste en calentar el acero a (1100°C) y dejarlo enfriar lentamente. Pierde su estructura cristalina y se hace más blando y fácil de trabajar.
    • Cementado: proceso termoquímico en el cual se eleva la temperatura de las piezas de acero poniéndolas en contacto con carbono. Esto le da gran dureza superficial y mantiene la propiedad del acero.