Fundamentos de la Metalurgia y la Siderurgia: Procesos de Obtención y Conformado de Materiales Férricos
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Introducción a los Materiales Metalúrgicos
Minerales
Un mineral está formado por una parte aprovechable y rica en el metal buscado, denominada mena, y por otra no aprovechable porque es muy pobre en metal, llamada ganga.
Aleaciones
Las Aleaciones son productos obtenidos a partir de la unión de dos o más elementos químicos que presentan las características propias de un metal. La aleación modifica su estructura cristalina, aumentando su dureza y resistencia mecánica, pero resultando en una menor conductividad.
Solidificación de las Aleaciones
En el proceso de solidificación de las aleaciones se distinguen tres áreas de fase:
- Área de fase líquida: Por encima de la línea de liquidus (siempre estará líquida).
- Área de fase líquida + sólida: Contendrá una parte de la masa sólida y otra líquida.
- Área de fase sólida: Por debajo de la línea de solidus (siempre en fase sólida).
Clasificación de Productos Metalúrgicos
Productos Metalúrgicos
Materiales Férricos
- Hierros
- Aceros
- Fundiciones
Materiales No Férricos
- Puros: Cobre, Aluminio, Plomo.
- Aleaciones: Bronces, Latón, etc.
El Hierro y sus Aleaciones
Aunque existen muchos tipos de hierro, el hierro puro se considera la aleación hierro-carbono cuando su contenido de carbono es inferior al 0.03%, presentando propiedades magnéticas.
Productos Siderúrgicos
Los productos siderúrgicos se clasifican principalmente en aceros y fundiciones, basándose en el porcentaje de carbono:
Aceros
Aleaciones de hierro con un contenido de carbono comprendido entre 0.1% y 1.76%.
Fundiciones
El contenido de carbono oscila entre 1.76% y 6.67% y contienen silicio.
Tipos de Fundiciones
- Fundición blanca
- Fundición gris (laminar)
- Fundición nodular (o fundición maleable)
- Fundición esferoidal (o fundición dúctil)
Procesos de Conformado
Existen diversos métodos para dar forma a los metales:
Forja
Consiste en situar la masa sólida de metal caliente entre dos mitades de un molde o matriz y aplicarle esfuerzos de compresión hasta que adopta su forma.
Moldeo (Emotllament)
Consiste en introducir el metal en fase líquida en el interior de un molde cerrado y desmoldarlo una vez solidificado.
Siderurgia: Procesos de Obtención del Hierro Colado y del Acero
El hierro es, después del aluminio, el metal más abundante en la corteza terrestre. Se encuentra en diferentes compuestos químicos:
- Óxidos: Hematita, Magnetita.
- Carbonatos: Siderita.
- Sulfuros: Pirita.
Los minerales más utilizados para la siderurgia son los formados por óxidos. Dado que el hierro se encuentra en el mineral de forma oxidada, en el proceso de obtención del hierro deberemos separar el oxígeno del metal. Esta operación se denomina reducción del metal.
La obtención del acero y las fundiciones es un proceso que consta de dos fases:
- La primera fase comienza con la obtención del hierro colado en el alto horno.
- El hierro fundido contiene un alto contenido de carbono e impurezas que hay que eliminar en una segunda fase. Si lo que se quiere es obtener fundiciones, el hierro colado del alto horno se lleva a otros hornos, como los de cubilote, donde se afina hasta obtener la fundición deseada.