Guia Completa de Metal·lúrgia: Ferro, Acer i Tractaments Tèrmics

Procés Metal·lúrgic: Etapes Clau

El procés metal·lúrgic inclou les següents etapes:

• Extracció
• Enriquiment
• Obtenció
• Afinament
• Mecanització

El ferro pur és un aliatge de ferro-carboni quan el contingut d'aquest és menys del 0,03%.

Varietats Al·lotròpiques del Ferro

Són les diferents estructures cristal·lines en què pot solidificar un metall pur. Es coneixen amb les quatre primeres lletres de l'alfabet grec: alfa, beta, gamma i delta.

Fases Al·lotròpiques del Ferro

• Alfa (α): Magnètica, amb una solubilitat molt baixa fins a 750 °C.
• Beta (β): Poc magnètica, amb una solubilitat molt baixa entre 750-900 °C.
• Gamma (γ): No magnètica, amb una solubilitat alta entre 900-1390 °C.
• Delta (δ): Poc magnètica, amb una solubilitat baixa entre 1390-1539 °C.

Aliatges Ferro-Carboni Essencials

• Ferrita (α): Ferro alfa amb fins a 0,02% de carboni.
• Cementita: Carbur de ferro amb 6,67% de carboni.
• Perlita: Estructura amb un contingut de carboni entre 1,76% i 6,67%.
• Austenita (γ): Ferro gamma amb fins a 1,76% de carboni.
• Martensita (α'): Ferro alfa amb fins a 0,89% de carboni.

Acers i Foses: Classificació Siderúrgica

Es consideren acers els aliatges de ferro amb un contingut de carboni comprès entre 0,1% i 1,76%. Les foses, en canvi, són aliatges de ferro amb un contingut de carboni que oscil·la entre 1,76% i 6,67%, i que a més contenen silici.

L'Alt Forn: Estructura i Funcionament

L'alt forn està format per una estructura d'acer recoberta interiorment per material ceràmic refractari.

Matèries Primeres de l'Alt Forn

• Mineral de ferro: Per obtenir el ferro colat a partir de ferro oxidat.
• Carbó de coc: Actua com a combustible per assolir altes temperatures.
• Pedra calcària: Component principal de l'escòria.

Zones de l'Alt Forn

L'alt forn es divideix en 4 zones principals:

• Deshidratació: La matèria s'elimina en forma de vapor.
• Reducció: Per formar CO₂.
• Carburació: Combinació de carboni i ferro per obtenir un aliatge.
• Fusió: Obtenció de ferro colat (amb aproximadament 4% de carboni, 2% de silici i altres quantitats menors).

Tractaments Tèrmics de l'Acer

Els tractaments tèrmics consisteixen a sotmetre l'acer a uns canvis controlats de temperatura.

• Tremp: S'aplica quan es vol aconseguir un acer amb una elevada duresa i resistència mecànica.
• Revingut: Consisteix en l'escalfament a temperatures inferiors a 723 °C i un refredament posterior a l'aire.
• Recuita: S'utilitza quan es vol disminuir la duresa i incrementar la plasticitat d'un acer per poder-lo deformar i treballar fàcilment.
• Normalitzat: Consisteix en un escalfament fins a la temperatura d'austenització i un refredament a l'aire.

Obtenció de l'Acer: Mètodes Principals

Convertidor d'Oxigen

És un recipient de forma cilíndrica. El procés comença amb la càrrega del convertidor amb ferro colat en fase líquida, ferralla i calç. Després, s'introdueix una llança que injecta oxigen pur a pressió damunt del líquid.

Forn Elèctric

Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua i recobert internament per ceràmica refractària. Dins del forn s'introdueix el ferro colat, la ferralla oxidada i el calç.