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:

  1. 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.

  2. 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.

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