Materiales y Metales: Propiedades, Procesos y Producción de Acero
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Introducción a los Materiales
Los materiales se clasifican en:
- Naturales: Aquellos que se encuentran en la naturaleza.
- Artificiales: Materiales naturales transformados por el ser humano.
- Sintéticos: Creados artificialmente a partir de compuestos químicos.
Aleaciones
Una aleación es una mezcla de dos o más metales, o de un metal con un no metal, en estado líquido.
Propiedades de los Materiales
Las propiedades de los materiales determinan su comportamiento y aplicaciones:
- Elasticidad:
- Capacidad para recuperar su forma original una vez deformado.
- Plasticidad:
- Capacidad para conservar su forma una vez deformado permanentemente.
- Ductilidad:
- Capacidad para estirarse en hilos sin romperse.
- Maleabilidad:
- Capacidad para extenderse en láminas sin romperse.
- Dureza:
- Oposición a dejarse rayar o penetrar.
- Fragilidad:
- Tendencia del material a romperse en añicos con un impacto.
- Tenacidad:
- Capacidad para absorber energía antes de fracturarse.
- Fatiga:
- Comportamiento del material bajo cargas cíclicas.
- Maquinabilidad:
- Facilidad con la que un material puede ser cortado o mecanizado.
- Acritud:
- Aumento de la dureza y resistencia de un metal por deformación en frío.
- Colabilidad:
- Facilidad con la que un metal fundido puede llenar un molde.
- Resiliencia:
- Capacidad de un material para absorber energía elástica cuando es deformado y liberarla cuando se descarga.
Tipos de Esfuerzos
Los materiales pueden ser sometidos a diversos tipos de esfuerzos:
- Tracción
- Compresión
- Flexión
- Torsión
- Cortadura
- Pandeo
Procesos y Ensayos de Materiales
Ensayos de Materiales
Algunos de los ensayos más comunes para determinar las propiedades de los materiales incluyen:
- Ensayo de Tracción
- Ensayo de Fatiga
- Ensayo de Dureza
- Ensayo de Resiliencia
Solidificación de los Metales
La solidificación de los metales es el proceso en el que se pasa de estado líquido a sólido a temperatura constante. Este proceso consta de dos fases principales:
Fase 1: Nucleación
Los átomos se unen formando redes cristalinas. A medida que se extrae calor, se originan otras redes que se unen a la primera, formando núcleos de cristalización.
Fase 2: Crecimiento
Los núcleos crecen. Si el enfriamiento es lento, se obtienen granos de gran tamaño. Si el enfriamiento es rápido, se obtienen granos pequeños.
El Acero y los Metales Ferrosos
Definición y Composición del Acero
El acero es una aleación de hierro y carbono, conteniendo aproximadamente 99% de hierro y 1% de carbono.
Metales Ferrosos y Minerales de Hierro
Los metales ferrosos son aquellos que contienen hierro como elemento base. Los principales minerales de hierro son:
- Magnetita
- Hematites
- Limonita
- Siderita
El Horno Alto
El horno alto es una instalación industrial que funciona ininterrumpidamente hasta que requiere una reparación mayor. Sus partes principales son:
- Tragante
- Cuba
- Vientre
- Crisol
- Pantalón
- Anillo de viento
- Piquera de arrabio
Clasificación de Productos Ferrosos por Contenido de Carbono
Los productos ferrosos se clasifican según su porcentaje de carbono:
- Hierros: Hasta 1,76% de carbono.
- Aceros: Entre 1,76% y 6,67% de carbono.
- Grafitos (Fundiciones): Más de 6,67% de carbono.
Aceros No Aleados
Los aceros no aleados son aquellos que tienen un porcentaje de elementos químicos que intervienen en la aleación, pero en cantidades que no alteran significativamente sus propiedades fundamentales.
Clasificación de los Aceros por Dureza
Los aceros se pueden clasificar por su dureza en las siguientes categorías:
- Extrasuave
- Suave
- Semisuave
- Semiduro
- Duro
- Extraduro
Presentaciones Comerciales del Acero
El acero se comercializa en diversas formas, incluyendo:
- Palastros: Barras laminadas.
- Barras: Piezas largas y macizas de secciones variables.
- Perfiles: Piezas huecas de secciones variables.
Fundiciones y su Impacto
Definición y Tipos de Fundiciones
Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono entre 1,76% y 6,67%. Se distinguen tres tipos principales:
- Ordinaria
- Aleada
- Especial
Impacto Medioambiental de la Industria Metalúrgica
La industria metalúrgica puede generar diversos impactos medioambientales, tales como:
- Impacto acústico
- Impacto visual
- Impacto paisajístico
- Destrucción de hábitats
- Emisiones de los hornos altos a la atmósfera
Medidas de Mitigación
Para contrarrestar estos efectos negativos, se pueden implementar las siguientes medidas:
- Aislamiento de las zonas donde las máquinas generen ruido.
- Filtrado de partículas en las emisiones.
- Separación de zonas industriales de núcleos urbanos.