Tratamientos térmicos, obtención del acero y procesos de conformado de metales

Tratamientos térmicos y termoquímicos

Temple por inducción

Permite endurecer superficialmente piezas de acero distintas, tamaños variados, mediante calentamiento por corriente de alta frecuencia.

Tratamientos termoquímicos

Cementación

Incorpora carbono en la capa superficial del acero para lograr una superficie de alta dureza, que aporta resistencia al desgaste y mayor límite de fatiga.

Potencial de carbono (C_p)

Es la unidad que se asigna a la atmósfera cementante y corresponde al porcentaje de carbono que puede aportar a la superficie a una temperatura determinada.

Objetivo: controlar la concentración de carbono prefijada en la capa, reducir el tiempo del proceso, automatizar totalmente y simplificar el tratamiento térmico posterior de la pieza (temple directamente en horno integral).

Nitruración

Consiste en la saturación superficial del acero con nitrógeno mediante un medio cálido, generalmente en atmósfera de amoníaco.

Objetivos:

• Aumentar la dureza superficial.
• Aumentar la resistencia al desgaste.
• Aumentar el límite de fatiga.
• Aumentar la resistencia a la corrosión por vapor, agua y aire.

Materiales metálicos

• Aleaciones ferrosas:
  • Aceros: de alta aleación y de baja aleación (carbono/alta resistencia).
  • Fundiciones: blanca, gris, nodular y maleable.
• Metales no ferrosos: cromo (Cr), níquel (Ni), zinc (Zn), plomo (Pb), estaño (Es) y metales refractarios.
• Ligeros: aluminio (Al), magnesio (Mg), titanio (Ti) y berilio (Be).

Obtención del hierro y del acero

1. Extracción

Se extrae el mineral de hierro de las minas, generalmente como óxido, con composición Fe_xO_y.

2. Reducción

Se reduce el óxido. Puede realizarse en un alto horno, obteniendo arrabio, o mediante reducción directa, obteniendo hierro esponja (con CO).

3. Refinación

Consiste en eliminar impurezas (C, S, P) y producir la aleación deseada.

Refinación del arrabio (acería LD)

Se vierte el arrabio líquido hasta un 30% de chatarra y se agregan los elementos que se quieran para formar la aleación en un contenedor. Luego se introduce una lanza con oxígeno (O₂) que purifica el arrabio, en una reacción con las imperfecciones, y homogeneiza la mezcla.

Reducción directa

El hierro esponja se mete en un recipiente y se somete a dos electrodos (arco eléctrico durante 4 horas) para su purificación.

4. Solidificación

Se realiza moldeando lingotes o mediante colada continua (tochos, palanquillas, planchones).

Conformado

Consiste en dar al acero la forma útil deseada.

Laminación

1. En horno: se coloca la matriz de acero en un horno a temperatura elevada para ablandarla y disolver los precipitados.
2. Desbaste: dos rodillos giran hacia atrás y hacia adelante mientras se aplica presión para acomodar la geometría para el paso siguiente.
3. Tren de laminación: serie de rodillos que da la forma final a la pieza, en frío o en caliente.

Extrusión

Se somete el metal a alta presión, forzándolo a pasar por una abertura o matriz que reduce su sección transversal y le da forma.

• Indirecta: la fuerza se aplica sobre la matriz, que se empuja hacia el otro extremo.
• Directa: la presión se ejerce sobre el metal contenido, forzándolo a salir por una matriz fija.

Forja

Consiste en golpear o comprimir el material hasta darle la forma deseada, con el metal a alta temperatura.

• Martillo: golpea repetidamente con variaciones de fuerza importantes.
• Prensa: el metal se sujeta y se somete a una fuerza compresiva que cambia lentamente.
• Matriz abierta: matriz que comprime el metal de forma simple (plana o con abertura semicircular o en V).