PROCESOS DE FABRICACION ING MA DEL SOCORRO LOPEZ

PROCESOS DE FABRICACION ING. MA DEL SOCORRO LOPEZ G.

PROGRAMA DE LA MATERIA • OBJETIVO DE LA MATERIA DE PROCESOS DE FABRICACION • Solucionara problemas relativos a la producción de bienes y servicios, identificando su proceso de fabricación in sus diferentes fase , hasta la obtension de un producto final. • UNIDAD I PROCESOS DE OBTENSION DEL HIERRO Y ACERO. • • • 1. 1 -. Proceso Tecnologico de la obtension de Hierro y Acero 1 a. Fundición. 1. 2 -. Funcionamiento y productos obtenidos. 1. 3 -. Afino de Acero. 1. 4 -. Procesos tecnologicos para la obtension del acero BOF, Horno electrico, convertidores Bessemer, Thomas. 1. 5 -. Clasificacion y aplicacion del acero.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Un proceso de fabricación-. es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria. • Para la obtención de un determinado producto serán necesarias multitud de operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observación, puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extracción de los recursos naturales necesarios hasta la venta del producto como a las realizadas en un puesto de trabajo con una determinada máquinaherramienta. • En el ámbito industrial se suelen considerar convencionalmente los procesos elementales que se indican, agrupados en dos grandes familias:

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Tecnología mecánica: Conformado o deformación plástica. • Moldeo Laminación – Fundición Forja – Pulvimetalurgia Extrusión Estirado – Moldeo por inyección Conformado de chapa – Moldeo por soplado Encogimiento – Moldeo por compresión Calandrado • Procesos con arranque de material – Mecanizado --Tratamiento térmico • . Templado • Torneado • Revenido • Fresadora • Recocido • Taladrado

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Tratamientos superficiales; Acabado – Eléctricos • Electropulido – Abrasivos • Pulido • Tecnología química • Procesos físicos • Procesos químicos – Tratamientos superficiales

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Procesos de Fundición y colado • La fundición y colado es sencilla y de poco costo relativo en comparación con otros procesos. Para colar o moldear el material en forma liquida ( en el caso de los plásticos el material suele estar en forma de polvo o gránulos ), se introduce en una cavidad preformada llamada molde. El molde tiene la configuración exacta de la parte que se va a moldear o colar. Después de que el material llena el molde y se endurece o se fragua, adopta la forma del molde, la cual es la forma de la parte. Después, se rompe o se abre el molde y se saca la parte. • Los procesos de colada se usan para colar o moldear materiales como metales, plásticos y cerámicas. • Los procesos de fundición y colada se pueden clasificar por el tipo de molde utilizado ( permanente o no permanente ) o por la forma en la cual entra el material al molde (colada por gravedad y fundición a presión ).

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • • El termino fundición se usa siempre para los mátales, pero no tienen diferencia considerable en relación con el moldeo (el término de uso general para los plásticos). Por ejemplo, el moldeo por inyección es el termino para un preciso de moldeo a presión de partes termoplásticos. La maquina utilizada es una maquina de moldeo por inyección, la cual inyecta el plástico fundido dentro de un molde metálico. El mismo proceso básico, pero a temperaturas mas altas, produce las fundiciones a presión en una maquina para fundición a presión, la cual inyecta zinc o aluminio fundidos, por ejemplo, dentro de una matriz de acero. Las partes producidas por los procesos de fundición o colada varían en el tamaño, precisión, rugosidad de superficie, complejidad de configuración, acabado requerido, volumen de producción y costo y calidad de la producción. La fundición continua, en arena, centrifuga y con moldes producen las partes con máxima aspereza de superficie. La fundición y colada un proceso de bajo costo relativo. Sin embargo los moldes para moldeado por compresión y moldeado por inyección así como las matrices para la fundición a presión, son muy costosos.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • OBTENCIÓN DEL ARRABIO: • • En el apartado anterior conseguimos un concentrado de hierro del 70%, pero aún no es suficiente, necesitamos eliminar aún más impurezas. Para ello utilizamos el alto horno que recibe este nombre por sus dimensiones, ya que puede llegar a tener una altura de 80 metros. ¿Que introducimos en el alto horno? : a) Hierro: Procedente de la mina o también de la chatarra (coches, electrodomésticos, . . . ). b) Carbón de coque: Sirve para: - Convertir el óxido de hierro en hierro puro. - Al quemarse proporciona calor al horno. - Va a ser el elemento que va a acompañar al hierro para formar la aleación de acero o fundición. c) Fundente: Sobre todo es carbonato cálcico que se mezcla con las impurezas y las hace menos pesadas. Podemos decir que es el detergente que utilizamos para limpiar el hierro

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • • ARRABIO-. Es el material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reducción del mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la obtención del acero en los hornos siderúrgicos. Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es: ver obtención de arrabio Fe 2 O 3 + 3 CO → 3 CO 2 + 2 Fe La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0, 5 y 3% de silicio, del 0, 25% al 2, 5% de manganeso, del 0, 04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • AFINO DEL ACERO. • En los procesos de fabricación del acero, ¿ se obtiene en la colada la calidad, pureza y composiciones deseadas? . La respuesta a esta pregunta, en general, es no. • Cualquiera que sea el proceso de obtención del acero, siempre trae consigo la presencia de impurezas, gases, incrustaciones y segregaciones que hacen necesario la implementación de procesos de refinación posterior, comúnmente conocidos como afino del acero. • Aunque casi todo el hierro y acero que se fabrica en todo el mundo se obtienen a partir de arrabio producido en altos hornos, hay otros métodos de refinado del hierro que se han practicado de forma limitada. • Uno de ellos es el denominado método directo para fabricar hierro y acero a partir del mineral, sin producir arrabio.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • En este proceso se mezclan mineral de hierro y coque en un horno de calcinación rotatorio y se calientan a una temperatura de unos 950 ºC. el coque caliente desprende monóxido de carbono, igual que en un alto horno, y reduce los óxidos del mineral a hierro metálico. Sin embargo, no tienen lugar las reacciones secundarias que ocurren un alto horno, y el horno de calcinación produce la llamada esponja de hierro, de mucha mayor pureza que el arrabio. También puede producirse hierro prácticamente puro mediante electrólisis, haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una disolución de cloruro de hierro. Ni el proceso directo ni el electrolítico tienen importancia comercial significativa. • Una clasificación de los métodos de afino y su descripción y, además el proceso de afino del acero fuera del horno eléctrico de arco.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Clasificación de los métodos de Afino. • Según el objeto que tratan de conseguir se clasifican en tres grandes categorías: • Tratamiento de desgasificación: El acero contiene elementos perjudiciales que deben eliminarse. • Entre éstos están los gases disueltos durante el proceso de fabricación; Hidrógeno; Oxígeno; Nitrógeno. Para reducir el tamaño al máximo del contenido de estos gases, en especial el Hidrógeno, se somete al acero líquido al vacío, según distintos procesos, que pueden agruparse en tres técnicas principales: • 1. ) Desgasificación del chorro de colada: Consiste en situar el recipiente receptor del acero líquido • (cuchara o lingotera) en una cámara de vacío, sobre la que se ajusta la cuchara que contiene el acero líquido. • El chorro de acero, por efecto del vacío, se fracciona en gotas que favorecen las eliminación de los gases.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • 2. ) Desgasificación del acero en la cuchara: La cuchara se sitúa previamente en una cámara de vacío. Para • facilitar la desgasificación, el acero se remueve por una corriente de gas inerte (Argón) o electromagnéticamente. • 3. ) Desgasificación por recirculación: Consiste en hacer circular repetidas veces el acero por un recipiente que actúa de cámara de vacío. • Tratamiento de afino de los aceros inoxidables: La chatarra se funde en un horno eléctrico de arco de inducción. • Después de colada la cuchara con el acero fundido en la cámara y hecho el vacío, se inyecta oxígeno con una lanza situada en la parte superior, que elimina el carbono con un mínimo de oxidación metálica. Al mismo tiempo, se pasa Argón a través de un tapón poroso situado en el fondo de la cuchara, para homogeneizar la masa del acero líquido.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. Tratamiento de homogeneización por barboteo: Consiste en la agitación del baño mediante la inyección de un gas inerte, generalmente Argón, a través del fondo de la cuchara o por una lanza. Tratamientos de desulfuración y desoxidación: Se insuflan estos productos en polvo, a través de una lanza, por medio de un gas inerte. Los productos más frecuentes para insuflar son el (SILICIO−CALCIO) • "Si−Ca" y diversas escorias sintéticas. La agitación del acero por el paso del gas produce excelente homogeneidad de composición y temperatura del baño y una mejora de la limpieza. • Re fusión por arco bajo vacío (VAR) y bajo escoria electro-conductora (E. S. R. ): Por estos métodos se producen lingotes de acero de gran pureza. Ambos métodos consisten en la re fusión de un electrodo de la composición química deseada, en un crisol enfriado por agua, realizándose simultáneamente la fusión del electrodo y la solidificación del acero.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Tratamientos de afino con calentamiento de acero en cuchara: Por este proceso pueden conseguirse aceros con muy bajo contenido de azufre y gases, muy limpios y control de la morfología de las inclusiones. También se consigue excelente control de la composición y la temperatura. Las cucharas se • montan con tampones porosos por los que se inyecta Argón. Una vez obtenido el grado de desulfuración deseado se añaden las ferroaleaciones requeridas obteniéndose el acero programado. • Adición de Aluminio y Calcio por medio de alambre o de proyectiles: • El alambre se introduce a gran velocidad en el acero mediante un mecanismo especial. Al mismo tiempo se remueve el acero de la cuchara inyectando Argón. En el caso de adición por proyección, los proyectiles se lanzan a una velocidad controlada para que almacenen el fondo de la cuchara, por medio de un aparato que funciona como una metralleta de aire comprimido.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • 1. Generalidades de la Obtención del Acero. • • • El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en horno alto y la chatarra. La fabricación del acero en síntesis se realiza eliminando las impurezas del arrabio y añadiendo las cantidades convencionales de Mg, Si y de los distintos elementos de aleación. Los métodos más importantes de fabricación de aceros son los siguientes:

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Proceso Tecnologico Obtencion Hierro • DIFERENTES PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE HIERRO Y ACERO • • Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. A continuación se presentan los principales procesos de fabricación de los hierros y aceros comerciales. Para nuestro curso solo analizaremos el Convertidos Bessemer, Hornos BOF y Hornos eléctricos • HORNOS O CONVERTIDORES BESSEMER • Es un horno en forma de pera que está forrado con material refractario de línea ácida o básica. El convertidor Bessemer se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuación se describe.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • HORNO BÁSICO DE OXÍGENO (BOF) • Horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire. • Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Altos Hornos (BF) - Enriquecimiento del aire de combustión • El oxígeno se inyecta en el alto horno para aumentar la tasa de producción y para dar soporte a la combustión de combustibles alternativos. El coste de oxígeno queda compensado con los ahorros de combustible y el incremento de productividad.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Hierro Pre reducido (DRI) - Enriquecimiento con Oxígeno • Se inyecta oxígeno en el horno para aumentar la productividad, reducir el volumen de gases de combustión y permitir una llama más estable. El coste del oxígeno queda compensado con los ahorros de combustible y los incrementos de productividad.

SEGUNDA EVALUACION

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Horno de inducción • Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol o recipiente en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000 Hz, la cual es suministrada por un sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3. 6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales. • Horno de aire o crisol • El proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión. Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • • • Gases para Fusión y Colada en la Producción de Hierro y Acero Las tecnologías incluyen: sistemas de quemadores de oxígeno - combustible (oxicombustible) y combustión apoyada con oxígeno (aire/oxi-combustible); protección con nitrógeno y argón (recubrimiento/inertización); agitación mediante gases y otras aplicaciones de gases industriales. Éstas aplicaciones ofrecen importantes ventajas económicas en los procesos de precalentamiento, fusión, mantenimiento y colada en la industria de producción de hierro y acero. Ofertas aplicables a: Altos Hornos (BF) , Hierro Pre reducido (DRI) Convertidores (BOF) , Hornos de Arco Eléctrico (EAF) • Cucharas • Hornos de Mantenimiento • Colada Continua o Lingoteras

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Convertidores (BOF) - Soplado con Oxígeno • El Horno de Oxígeno Básico es un elemento muy eficaz para convertir los lingotes de hierro en acero inyectando oxígeno. Carburos Metálicos puede suministrar el gas, los sistemas de control de procesos y el caudal así como el know-how técnico (por ejemplo, en la colocación de lanzas). • Convertidores (BOF) - Precalentamiento de la Chatarra • Se han desarrollado equipos de control y quemadores para precalentar de forma eficaz la chatarra férrea mediante quemadores de oxi-combustible no refrigerados por agua. Se suelen conseguir ahorros de combustible del 70% y reducciones del 50% en tiempos de calentamiento. • Convertidores (BOF) - Salpicadura de Escoria • Mediante la inyección de nitrógeno en la zona inferior del horno a través de la misma lanza de oxígeno se consigue una capa de protección de escoria fundida en la pared del refractario reduciendo el "gunning consumption" y alargando la campaña.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Convertidores (BOF) - Agitación Inferior • El metal fundido se agita mediante una inyección de gas de alta presión con el fin de incrementar la producción de acero, la recuperación de los metales de aleación y alargar la duración de la campaña

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. Hornos de Arco Eléctrico (EAF) - Fusión Asistida por Oxi-combustión • La fusión de acero en hornos de arco eléctrico tiene un bajo rendimiento energético hasta la consecución del baño de metal fundido. Mediante los quemadores de oxi-combustión, con un alto rendimiento energético al principio de la fusión (con la carga sólida), se consigue incrementar el rendimiento global del proceso de fusión e incrementar la tasa de fusión. Así mismo se pueden alcanzar beneficios adicionales por la homogeneización de temperaturas en el horno, utilizando estos quemadores para dirigir la energía a las zonas frías del horno, provocadas por la distribución de los electrodos. • Además, los quemadores se pueden colocar en la puerta de de escoriado, o sobre la zona de colada para permitir una colada de metal fundido rápida y sin problemas. Se han conseguido ahorros de consumo eléctrico de 80 k. Wh/tonelada y aumentos de producción del 20%.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • HORNO DE ARCO ELÉCTRICO • Se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de • aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos refractarios de la línea básica. Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50, 000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza. Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760 mm de diámetro y longitud de hasta 12 m. La mayoría de los hornos operan a 40 v y la corriente eléctrica es de 12, 000 A. Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Hornos de Arco Eléctrico (EAF) - Espumado de Escoria • Las lanzas se manipulan hidráulicamente a través de la puerta de de escoriado para inyectar oxígeno, carbono y cal en la capa de escoria de la superficie durante el proceso de fusión con arco eléctrico. Este proceso descarburiza el baño y ayuda a la formación de una capa de escoria porosa aislante que reduce la pérdida de calor de la superficie del baño y por consiguiente reduce costos de energía. • Hornos de Arco Eléctrico (EAF) - Postcombustión • Se inyecta oxígeno en la zona de post-combustión de los hornos de arco eléctrico para impulsar la combustión del monóxido de carbono dentro del horno en vez de hacerlo en el sistema de tratamiento de gases de combustión. Esta reacción produce energía que se transfiere a la carga, reduciendo el consumo de energía (ahorros de consumo eléctrico de 10 -20 k. Wh/tonelada) y aumenta productividad hasta un 4%. Además los inyectores de postcombustión reducen la carga en las cámaras de filtros EAF y mejoran el cumplimiento de la legislación sobre medio ambiente respecto al monóxido de carbono.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Hornos de Mantenimiento - Inertización • Mediante el uso de nitrógeno para desplazar el oxígeno en la atmósfera de horno de mantenimiento se reduce la formación de óxidos en la superficie del caldo lo que proporciona un mejor rendimiento metalúrgico y una mejor calidad. • Hornos de Mantenimiento - Presurización • Se puede emplear nitrógeno para presurizar el horno de mantenimiento para un mayor control durante la colada del metal fundido.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Colada Continua o Lingoteras - Protección con Argón • Proteger los flujos de metal fundido con una atmósfera de argón inerte minimiza la formación de óxido y nitruro reduciendo la pérdida de metales de aleación, minimizando los rechazos y aumentando la calidad del producto. • Los puntos de aplicación típicos son entre la cuchara y el tundish, entre el tundish y el moldeo y en la colada a lingoteras.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Clasificación y Aplicaciones del Acero ACEROS AL CARBONO: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1, 65% de manganeso, el 0, 60% de silicio y el 0, 60% de cobre. Aplicaciones: máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas. ACEROS ALEADOS: Contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Se pueden subclasificar en: • Estructurales: Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0, 25% a un 6%.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Clasificación de Acero por su composición química: Acero al carbono Se trata del tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono. Acero de alto carbono El Acero al carbono que contiene mas de 0. 5% de carbono. Acero de bajo carbono Acero al carbono que contiene menos de 0. 3% de carbono. Acero de mediano carbono Acero al carbono que contiene entre 0. 3 y 0. 5% de carbono. Acero de aleación Acero que contiene otro metal que fue añadido intencionalmente con el fin de mejorar ciertas propiedades del metal. Acero inoxidable Tipo de acero que contiene mas del 15% de cromo y demuestra excelente resistencia a la corrosión.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Clasificación del acero por su contenido de Carbono: - Aceros Extrasuaves: el contenido Composición química del Acerode carbono varia entre el 0. 1 y el 0. 2 % - Aceros suaves: El 0. 15% contenido de carbono Galvanizado: Carbono, 0. 60% esta entre el 0. 2 y 0. 3 % - Aceros semisuaves: El Potasio, contenido de carbono Manganeso, 0. 03% 0. 035% Azufre. oscila entre 0. 3 y el 0. 4 % Composición Inoxidable: es un entre 0. 4 y 0. 5 % - Aceros semiduros: del El. Acero carbono esta presente acero aleado debe contener al menos unentre 0. 5 y 0. 6 % - Aceros duros: la que presencia de carbono varia 12% de Cromo y El dependiendo agentesque presentan esta entre el 0. 6 y el - Aceros extraduros: contenidode delos carbono 07 %. exteriores corrosivos a los que va ha estar • expuesto debe contener otros elementos como Clasificación Aceroy otros. por sus propiedades el níquel, eldel molibdeno Aceros especiales Aceros inoxidables ferrìticos. Aceros Inoxidables austeniticos. Aceros inoxidables martensiticos Aceros de Baja Aleación Ultrarresistentes. Acero Galvanizado (Laminas de acero revestidas con Zinc)

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • Clasificación del Acero en función de su uso: Acero para herramientas: acero diseñado para alta resistencia al desgaste, tenacidad y fuerza, en general el contenido de carbono debe ser superior a 0. 30%, pero en ocasiones también se usan para la fabricación de ciertas herramientas, aceros con un contenido de carbono más bajo (0. 1 a 0. 30%); como ejemplo para fabricar una buena herramienta de talla el contenido de carbono en el acero debe ser de 0. 75%, y la composición del acero en general para este tipo de herramientas debe ser: carbono 0. 75 %, silicio 0. 25 %, manganeso 0. 42 %, potasio 0. 025 %, sulfuro 0. 011 %, cromo 0. 03 %, níquel 2. 60 % Acero para la construcción el acero que se emplea en la industria de la construcción, bien puede ser el acero de refuerzo en las armaduras para estructuras de hormigón, el acero estructural para estructuras metálicas, pero también se usa en cerramientos de chapa de acero o elementos de carpintería de acero.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • construcción acero estructural y acero de refuerzo: De acuerdo a las normas técnicas de cada país o región tendrá su propia denominación y nomenclatura, pero a nivel general se clasifican en: - Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro, por su forma, por su uso: - Barra de acero liso - Barra de acero corrugado. - Barra de acero helicoidal se utiliza para la fortificación y el reforzar rocas, taludes y suelos a manera de perno de fijación. - Malla de acero electro soldada o mallazo - Perfiles de Acero estructural laminado en caliente - Ángulos de acero estructural en L - Perfiles de acero estructural tubular: a su vez pueden ser en forma rectangular, cuadrados y redondos. - Perfiles de acero Liviano Galvanizado : Estos a su vez se clasifican según su uso, para techos, para tabiques, etc.

TERCERA EVALUACION

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. Para Herramientas Aceros de alta calidad: se emplean para cortar y modelar metales y no-metales. Empleados para cortar y construir herramientas como taladros, fresas y machos de roscar. Especiales: son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión. Aplicación: en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mayor que la del acero al carbono. Aplicación: En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. ACEROS INOXIDABLES: Contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Aplicaciones: Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar. APLICACIONES: EDIFICACIÓN: Estructuras, Carpintería, Escaleras, Barandillas, Vallados, Condiciones, Andamios. INSTALACIONES INDUSTRIALES: Naves, Estructuras, Depósitos y Tuberías.

UNIDAD I Proceso de Obtension del Hierro y Acero. • GRANDES ESTRUCTURAS: Puentes, Túneles, Torres y Mástiles. AUTOMOCIÓN: Chasis, Carrocerías y Piezas Diversas de Automóviles y Camiones. ARMADURAS GALVANIZADAS PARA HORMIGÓN: Estructura, Construcciones Portuarias, Tableros de Puentes, Paneles de Fachada, Prefabricados de Hormigón. AGRICULTURA Y GANADERÍA: Invernaderos, Silos, Almacenes, Establos y Corrales, Instalaciones Avícolas, Cercados y Equipos de Irrigación. EQUIPAMIENTOS DE CARRETERAS: Pasarelas, Pórticos de Señalización, Barreras de Seguridad, Pantallas Acústicas, Parapetos. ELEMENTOS DE UNIÓN: Tortillería, Clavos, Fijaciones y Accesorios de Tuberías. MOBILIARIO URBANO: Farolas, Semáforos, Contenedores, Marquesinas, Bancos, Instalaciones para Parques y Jardines. ELECTRICIDAD Y TELECOMUNICACIONES: Torres y Subestaciones Eléctricas, Antenas d e Telefonía, Repetidores de Televisión. TRANSPORTE: Catenarias de Ferrocarril, Estaciones, Terminales, Embarcaderos, Almacenes e Instalaciones Auxiliares, Construcción Naval.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Tratamientos térmicos del acero. Para cambiar las propiedades del acero se usan diferentes tipos tratamientos térmicos, que cambian su micro estructura. En general hay cuatro tipos básicos de tratamiento térmico: v v Temple. Tratamientos térmicos: en hornos de vacío Revenido. Recocido. Normalización. Todos los tratamientos térmicos tiene una ruta obligatoria: Calentamiento del acero hasta caliente una temperatura determinada. Láminas de acero Permanencia a esa temperatura cierto tiempo. Enfriamiento mas o menos rápido. El acero y su temperatura.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Para comprender mejor la influencia del tratamiento térmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferentes temperatura. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisión en el llamado diagrama de equilibrio hierro-carbono. En este TEMA vamos a describir de manera muy simplificada, las estructuras del acero a diferentes temperaturas. A temperaturas menores de 910 o. C y por encima de 1400 o. C el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer caso se le llama hierro alfa y en el segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910 -1400 o. C el hierro tiene la red cúbica centrada en las caras y se le llama hierro delta. • Temple y Revenido. El temple y el revenido se utilizan ampliamente para mejorar las propiedades de resistencia de los aceros de construcción e importante dureza y altas propiedades cortantes a los aceros de herramientas.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Por temple se comprende la fijación de las estructuras, a temperatura normal, que son propias de temperaturas altas. Por eso las estructuras templadas son inestables o, como dicen los físicos meta estables. Si el acero se enfría rápidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse, y como es imposible detener la transformación de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolución de carbono muy diferentes, se produce una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita. La estructura de la martensita es inestable, con una gran dureza y fragilidad considerable. La dureza de la martensita es tanto mayor, cuanto mas cantidad de carbono esté disuelto en esta, y se explica por el fenómeno de que su red cristalina está muy deformada por los átomos de carbono. Esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita nos sea cúbico sino tetragonal. Lo que a su vez dificulta su deformación plástica.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • El acero tiene la capacidad de ser templado si contiene mas del 0. 3% de carbono. El enfriamiento para el proceso de templado puede efectuarse a diferentes velocidades de acuerdo a los fines perseguidos y del tipo de acero (cantidad de carbono y otros elementos aleantes) los mas usados son: Agua. Aceite. Sales fundidas. Soluciones salinas. Y hasta el aire para ciertos aceros aleados. Si tomamos la capacidad refrigerante del agua a temperatura de 20 o. C como la unidad, entonces, la capacidad refrigerante relativa de la solución acuosa de cloruro de sodio al 10% será de 1. 23; del aceite mineral 0. 20 y del aire ambiente 0, 03.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Después del temple se efectúa el revenido, cuyo fin es el aumento de la plasticidad (disminución de la fragilidad) del acero con una disminución mínima de la resistencia o la dureza adquiridas durante el temple. La temperatura del revenido se escoge de acuerdo a la posterior utilización de la pieza, pero nunca llegará a la temperatura de transformación. Se distinguen tres tipos de revenido: Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220 o. C); Con él se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martesítica. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste. Revenido a medias temperaturas (entre 300 -400 o. C); A estas temperaturas la martensita se modifica y se transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Revenido de altas temperaturas (500 -550 o. C); A estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero de construcción. La troostita y la sorbita obtenidas durante el revenido de la martensita, sobrepasan por su tenacidad, las estructuras análogas que se obtienen durante el enfriamiento directamente a partir de la austenita. • Recocido El recocido tiene diferentes objetivos en el tratamiento térmico del acero y generalmente suele ser de dos clases: Recocido de primera clase o subcrítico: Se aplica para eliminar tensiones • residuales, acritud, y cambiar forma de la cementita esferoidal en los aceros de alto carbono para poder trabajarlos mejor. Por lo común mientras mas alta es la temperatura, tanto mas corto puede ser el tiempo de permanencia, pero, de todos modos, para la esferoidización se requiere un permanencia larga.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • El recocido para eliminar la acritud se efectúa después de la deformación plástica en frío; con ello no solo se reducen las tensiones, sino también la re cristalización de la estructura, por eso se le denomina recocido de re cristalización. Recocido de segunda clase o supercrítico: Tiene como objeto diferentes finalidades, y exactamente: Disminución del grano: El recocido de los aceros de bajo y medio carbono se efectúa por calentamiento s unos 20 -50 o. C por encima de la temperatura de transformación Bajo estas temperaturas se verifica la transformación del hierro alfa a hierro gamma y la formación de una gran cantidad de granos pequeños de austenita, independientemente del tamaño original de los granos de ferrita o perlita. • El enfriamiento interior de piezas con grano pequeño de austenita conduce a la formación de granos pequeños de ferrita y perlita.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Obtención de una estructura equilibrada y mas blanda. Modificación de la estructura en piezas fundidas: Las estructuras fundidas, muy a menudo suelen ser de grano grueso y la fase sobrante, por ejemplo, la ferrita en el acero de bajo carbono y la cementita secundaria en los de alto carbono, se distribuyen en granos, formando la armazón alrededor de la cual se solidifica la masa restante. Tal estructura se denomina de Widmastatten y tiene una tenacidad menor en comparación con la estructura normal. Durante el recocido no solo se efectúa la disminución del grano, sino también la liquidación de la estructura de Widmastatten. Eliminación de las segregaciones dendríticas: El recocido para eliminar la segregación dendrítica que surge durante la solidificación de los lingotes, se denomina recocido de homogenización. Generalmente este recocido se logra durante el calentamiento de los lingotes para su tratamiento por presión en la fabricación de piezas en caliente. La homogenización exige una temperatura muy alta (unos 1000 -1100 o. C) y una permanencia larga (15 o mas horas).

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Durante este recocido es inevitable el crecimiento del grano, la disminución de este se realiza después por medio de un recocido de recristalización. Normalización. La estructura que surge después del calentamiento hasta las temperaturas que corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como normal en el acero. Por eso la normalización corresponde a un recocido supercrítico con enfriamiento al aire. La cantidad de ferrita o cementita sobrante, después del normalizado, es menor que después del recocido y la perlita está mas dispersa. Por eso el acero normalizado tiene resistencia y tenacidad un poco mas altas y una maquinabilidad mas baja que el acero recocido. En la figura 3 se muestra un gráfico en el que se destacan las zonas de temperatura utilizadas mas comúnmente para la realización de los diferentes tratamientos térmicos.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Los aceros aleados no sólo poseen propiedades físicas más convenientes, sino que también permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento térmico, lo cual amplia sus posibilidades en muchos campos de la industria y la construcción, con aplicaciones tan diversas como los tubos de acero o los herrajes de acero para vidrio. • Estos son algunos de los elementos que se pueden utilizar para aleaciones de acero: • Cromo: la adición del elemento cromo origina la formación de diversos carburos de cromo que son muy duros; sin embargo, el acero resultante es más dúctil que un acero de la misma dureza producido simplemente al incrementar su contenido de carbono. La adición de cromo amplía el intervalo crítico de temperatura.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Níquel: la adición de níquel al acero amplía el nivel crítico de temperatura, no forma carburos u óxidos. Esto aumenta la resistencia sin disminuir la ductilidad. El cromo se utiliza con frecuencia junto con el níquel para obtener la tenacidad y ductilidad proporcionadas por el níquel, y la resistencia al desgaste y la dureza que aporta el cromo. Manganeso: el manganeso se agrega a todos los aceros como agente de desoxidación y desulfuración, pero si el contenido de manganeso es superior a 1%, el acero se clasifica como un acero aleado al manganeso. Reduce el intervalo crítico de temperaturas. Silicio: este elemento se agrega como desoxidante a todos los aceros. Cuando se adiciona a aceros de muy baja cantidad de carbono, produce un material frágil con baja pérdida por histéresis y alta permeabilidad magnética. El uso principal del silicio es, junto con otros elementos de aleación, como manganeso, el cromo y el vanadio, para estabilizar los carburos.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Molibdeno: el molibdeno forma carburos y también se disuelve en ferrita hasta cierto punto, de modo que intensifica su dureza y la tenacidad. El molibdeno abate sustancialmente el punto de transformación. Debido a esta abatimiento, el molibdeno es de lo más eficaz para impartir propiedades deseables de templabilidad en aceite o en aire. Exceptuando al carbono, es el que tiene el mayor efecto endurecedor y un alto grado de tenacidad. Vanadio: es un fuerte desoxidante y promueve un tamaño fino de grano, también acrecienta la tenacidad del acero. El acero al vanadio es muy difícil de suavizar por revenido, por lo que se utiliza ampliamente en aceros para herramientas. Tungsteno (wolframio): este elemento se emplea mucho en aceros para herramientas, por que la herramienta mantendrá su dureza aún cuando estuviera candente o al rojo. Produce una estructura densa y fina, impartiendo tenacidad y dureza.

CUARTA EVALUACION

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS • En numerosas aplicaciones industriales es necesario que algunas piezas tengan la superficie muy dura y resistente al desgaste y la parte central o núcleo, muy tenaz y relativamente blanda. Los tratamientos utilizados para conseguir estas características son: cementación, nitruración y carbonitruración cianuración. • CARBURACION O CEMENTACION. Este tratamiento consiste en suministrar carbono a la superficie del acero para que se difunda al interior de la pieza. Su principal ventaja se presenta al utilizar aceros de bajo carbono que al tener un núcleo blando y superficie dura puede convertirse en una herramienta tenaz, esto obedece al alto contenido de carbono, pero se logra mediante el temple. • La cementación puede ser líquida, sólida o gaseosa.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • CEMENTACION GASEOSA • El agente carburante en este proceso puede ser un hidrocarburo gaseoso como el gas natural o propano, o hidrocarburos líquidos como los terpenos, benceno, alcoholes, glicoles o cetonas. • Cuando se hace por hidrocarburos líquidos se hace dejando caer en gotas sobre una placa caliente donde se evapora y se vuelve monóxido y dióxido de carbono, metano y vapor de agua. • Cuando se hace con hidrocarburos gaseosos, estos se introducen con unas atmósferas portadoras que transportan en forma uniforme los agentes carburantes para mantenerlos con el contenido de carbono constante. Algunas de las atmósferas protectoras son: OXIGENO, HIDROGENO NITROGENO, HIDROCARBUROS MONOXIDO Y DIOXIDO DE CARBONO, VAPOR DE AGUA

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • Las atmósferas protectoras no se pueden introducir ni se deben dejar enfriar por debajo de los 750°C, pero antes de llegar a esta temperatura debe introducirse un gas inerte como el nitrógeno o dióxido de carbono. • Las atmósferas que contengan más de 4% de hidrógeno, más de 1. 25% de monóxido de carbono o si la suma de ambas es de 7% pueden ser muy peligrosas por lo altamente combustibles. La cementación se hace a la temperatura de austenización del acero, dado que la solubilidad del carbono es mayor que cuando se encuentra en la fase ferrítica, la temperatura ideal es de 950°C. La formula de Harris relaciona el tiempo y la temperatura de cementación: X=660(e-8287/T). t Donde X es la profundidad de la capa (mm), t es el tiempo en horas, T es la temperatura en kelvin (°C+273)

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • • • Para temperaturas específicas la formula es X=K*t. Para 925°C K=0. 635 900°C K=0. 533 870°C K=0. 457 Para disminuir el contenido de carbono basta suprimir el agente carburantes de terminar la cementación. Para calcular tiempo de cementación y de difusión para producir cierta dureza: Tc=Tt(C-Ci/Co-Ci)² Td=Tt-tc Tc = tiempo de cementación Td = tiempo de difusión TT = tiempo total C = concentración de carbono deseada Co = concentración de carbono en la superficie al final del ciclo Ci = concentración de carbono en el núcleo

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • • CEMENTACION SOLIDA O EN CAJA El agente carburante es el monóxido de carbono generado por la reacción entre el carbón granulado que rellena la caja con el aire atrapado por el relleno. En este proceso se presentan los activadores y catalizadores como carbonato de bario (20%) o sodio que ayudan a acelerar la reacción. La caja se debe introducir a una temperatura que está entre 810°C y 950°C; entre más alta sea la temperatura, más alta será la cementación y mayor el contenido de carbono, pero debido a las elevadas temperaturas se produce un grano grande que repercute en el deterioro de las propiedades de la pieza. CEMENTACION LIQUIDA Las piezas se introducen en un baño de sales fundidas a 930°C constituidas por una sal base generalmente cloruro o carbonato de sodio, con adición de una sal aportadora de carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal activante, cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según los resultados que se deseen obtener.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • • La presencia de nitrógeno en los cianuros provoca también la formación de productos de reacción (nitruros) de elevada dureza pero limitados a una finísima capa exterior NITRURACION Y CARBONITRURACION La nitruración permite aumentar el contenido de nitrógeno en la superficie de la pieza dándole dureza superficial que lo hace resistente al desgaste, resistente a la fatiga, a la corrosión y resistente al ablandamiento por revenido. Como la temperatura de nitruración es de 500°C a 570°C no se presentan problemas de distorsión. Algunos elementos son formadores de nitruros como el aluminio, cromo, vanadio y molibdeno. Acero al aluminio (entre 0. 85% y 1. 5% Al) y aceros al cromo (5% Cr), como son los aceros SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600 9300 y 9800 que son fácilmente nitrurables, también encontramos los aceros inoxidables, austeníticos, ferríticos, y martensíticos. Todos los aceros endurecibles son templados y revenidos antes de la nitruración

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • NITRURACION GASEOSA Consiste en hacer penetrar nitrógeno en la capa superficial de las piezas con el fin de obtener endurecimiento superficial de estas, se obtiene dureza y gran resistencia al desgaste, buena resistencia a la fatiga y a la corrosión, ausente de las tensiones internas provocadas por el temple. Los aceros sometidos a nitruración son aceros especiales llamados aceros de nitruración con un contenido de carbono de 0. 4% y que contienen elementos como cromo y aluminio que favorecen la penetración de nitrógeno, junto al molibdeno que elimina la fragilidad de la capa nitrurada. El tratamiento se realiza a 520°C, colocando las piezas en cajas cerradas herméticamente donde llegan dos tubos, uno para introducir los gases conteniendo nitrógeno y otro para la salida de estos, es necesario que las piezas a nitrurar estén acabadas de mecanización, bonificadas, pulidas, desengrasadas y secas.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • • • Si se desea tener alguna parte de la pieza no endurecida para su correspondiente protección se puede recurrir a una operación de estañado realizada electrolíticamente. El proceso se basa en la afinidad que tienen los elementos de aleación del acero por el nitrógeno naciente que se produce por la disociación de amoniaco gaseoso cuando se pone en contacto con el acero. NITRURACION LIQUIDA Emplea la misma temperatura que la nitruración gaseosa, este proceso se hace en sales de cianuro fundido. Los baños se pueden trabajar con amoniaco gaseoso a presión para asegurar el nitrógeno naciente. CARBONITRURACION O CIANURACION LIQUIDA. Cuando el acero se calienta en un baño de cianuro se produce una capa mixta de carbono y nitrógeno que al templar y revenir adquiere una gran dureza. Aquí encontramos agentes activos como son el monóxido de carbono y cianato de sodio.

UNIDAD II TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO • CARBONITRURACION GASEOSA • La atmósfera empleada es una atmósfera carburante a la que se le agrega amoniaco. Las temperaturas están entre los 705 y 900°C, los períodos de tiempo son más cortos que la cementación gaseosa con el fin de producir capas más delgadas hasta 0. 75 mm. Este proceso proporciona mayor dureza, menor distorsión y son económicos. La temperatura de carbonitruracion gaseosa depende de la composición del acero y de las propiedades de fatiga.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Fundición y Colado • • Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica. El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y maleabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido. La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida. La fundición y colado es sencilla y de poco costo relativo en comparación con otros procesos. en

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • • Para colar o moldear el material en forma líquida (en el caso de los plásticos el material suele estar en forma de polvo o gránulos), se introduce en una cavidad preformada llamada molde. El molde tiene la configuración exacta de la parte que se va a moldear o colar. Después de que el material llena el molde y se endurece o se fragua, adopta la forma del molde, la cual es la forma de la parte. Después, se rompe o se abre el molde y se saca la parte. Los procesos de colada se usan para colar o moldear materiales como metales, plásticos y cerámicas. Los procesos de fundición y colada se pueden clasificar el tipo de molde utilizado (permanente o no permanente) o por la forma cual entra el material al molde (colada por gravedad y fundición a presión). El término ´fundición se usa siempre para los mátales, pero no tienen diferencia considerable en relación con el moldeo (el término de uso general para los plásticos). Por ejemplo, el moldeo por inyección es el término para un preciso de moldeo a presión de partes termoplásticos. La maquina utilizada es una maquina de moldeo por inyección, la cual inyecta el plástico fundido dentro de un molde metálico. por en la

QUINTA VALUACION

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • • • El mismo proceso básico, pero a temperaturas más altas, produce las fundiciones a presión en una máquina para fundición a presión, la cual inyecta zinc o aluminio fundidos, por ejemplo, dentro de una matriz de acero. Las partes producidas por los procesos de fundición o colada varían en el tamaño, precisión, rugosidad de superficie, complejidad de configuración, acabado requerido, volumen de producción y costo y calidad de la producción. El tamaño de las partes puede variar desde unos cuantos gramos para las producidas por fundición a presión hasta varias toneladas para las producidas por fundición en arena. Las tolerancias dimensionales pueden variar desde 0. 127 hasta 6. 35 mm (0. 005 a 0. 250 pulgadas); las partes más exactas se producen. Por fundición a presión moldeo en cáscara, inyección y revestimiento. Con la colada o fundición en arena o continua se producen partes menos precisas. Ahora bien, la colada continua, se utiliza para producir formas en la planta laminadora: planchas, lingotes y barra redonda, en vez de partes terminadas.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • La fundición y colada en molde a presión, en molde frío, por inyección, transferencia, vacío y revestimiento producen partes con superficies de relativa tersura. La fundición continua, en arena, centrifuga y con moldes producen las partes con máxima aspereza de superficie. Las formas más bien sencillas se pueden producir con fundición o colada en formas, arena y continúa; las configuraciones más complejas se producen por fundición por revestimiento y a presión. La fundición a presión se considera un proceso de alto volumen de producción; la fundición en arena es un proceso de uno por uno, un tanto lento. • La fundición y colada un proceso de bajo costo relativo. Sin embargo los moldes para moldeado por compresión y moldeado por inyección así como las matrices para la fundición a presión, son muy costosos.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Fundición Continua, • Una oportunidad para mejorar la calidad de los hierros • En efecto, el proceso de fundición continua representa una excelente alternativa para mejorar el rendimiento, la productividad y aplicabilidad de los hierros gris y nodular, capaz de reemplazar, en situaciones específicas, el acero, como por ejemplo, para la fabricación de tuercas, tornillos, bujes, piñones, partes para sistemas hidráulicos y autopartes, brindando propiedades mecánicas y físicas similares a los aceros, buena resistencia a la tracción, al desgaste, a esfuerzos mecánicos y mejor maquinabilidad, entre otras ventajas. • Así, teniendo en cuenta la aplicabilidad de la fundición en el país, sectores como la construcción de máquinas, automotriz, autopartes y herramientas, podrían beneficiarse de las bondades que ofrece la fundición continua de hierro.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • El Proceso • Aunque el proceso de fundición continua, también conocido como colada continua, es el más común para la producción de varillas, barras de diferentes Proceso de Fundición Continua. secciones y láminas en acero de varios calibres y longitudes y con el que se obtiene 1. Metal líquido 2. Boca de más de un tercio del acero que produce la industria enalimentación el mundo, actualmente, 3. Horno de alimentación también se está utilizando con gran éxito para 4. la. Coquilla fundición de refrigerada hierros gris de grafito por y nodular, agua mejorando la calidad de los productos y reduciendo costos operativos. 5. Rodillos de apoyo 6. Tablero de control • Se denomina continuo porque permite la solidificación y el retiro inmediato 7. Unidad de tracción del metal de un molde determinado y adaptado, finalizando 8. Unidad de corte con el corte a la longitud 9. Unidad de quiebre Requerida de las piezas metálicas. 10. Barra cortada 11. Entradatanto y salida agua vertical como • El proceso de fundición continua puede realizarse dedeforma 12. Camisa de enfriamiento por agua horizontal. 13. Barra fundida - VERSA-BAR

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Ventajas Frente a otros Procesos de Fundición • Los hierros de colada continua presentan muchas ventajas notables si se los compara con otros hierros fundidos pues, debido a la naturaleza del proceso de fabricación, es posible evitar muchos defectos típicos de los métodos tradicionales que constituyen la mayor causas Pérdidas por deterioro y maquinado. • Para entender los beneficios que ofrece el proceso de fundición continua es indispensable describir los defectos más comunes que causa la fundición tradicional en el material y, cómo éstos son corregidos por la fundición de colada continua. Entre las fallas más frecuentes se encuentran: • Burbujas de gas: en la fundición tradicional este defecto se presenta internamente, con una apariencia redonda ó alargada de diferentes tamaños y con superficies internas suaves debido a los gases que producen los moldes y otros materiales de moldeo por las altas temperaturas del hierro fundido. En la producción de los hierros de colada continua, la coquilla, al estar fabricada de grafito, no produce gases cuando soporta altas temperaturas, lo que inhibe la formación de burbujas en la estructura metálica.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Rechupes centralizados: vacío que se forma por falta de hierro fundido en la sección durante la solidificación. El hierro gris tiene como principal característica una excelente • En la fundición continua, el flujo continuo de material fundido maquinabilidad, permitiendo más • a través del horno de alimentación evita que esto ocurra. velocidad de corte y reducción del • Inclusión de escoria: Este residuo desgaste no metálico siempre se herramientas. encuentra en las prematuro de las Es apropiado para bujes, poleas, anillos, fundiciones que operan con moldes cerrados. garruchas, piñones, bridas, tapones y • Por lo general, esas impurezas se derraman junto con el hierro del crisol al molde. estructuras de máquina, etc. El proceso de fundición continua empieza vertiendo el hierro líquido en el horno de alimentación, lo que hace que impurezas, como la escoria, floten sobre el hierro líquido y facilite retirarlas y mantenerlas alejadas de la salida del hierro al molde de grafito ubicado en la base del horno.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Aplicaciones Comunes de Hierros de Colada Continua • Cualquier componente actualmente producido en hierro, acero, aluminio o bronce, puede ser fabricado en hierro de colada continua. Las aplicaciones más comunes en las que se usan estos hierros, o en las que se puede sustituir el hierro fundido y otros materiales son: • Hidráulica y neumática: émbolos, tapas de cilindros, pistones de cilindros, cuerpos de válvulas, rotores. • Industria del vidrio: Moldes, pines, punzones, cuellos, machos. • Máquinas y Equipos: Poleas, acoples, rodillos, ejes, reglas guías, bujes, arandelas, tuercas, engranajes, contrapesos. • Autopartes: Tapas para cojinetes, distanciadores, émbolos para pistón de freno, anillos, guías de válvulas, asientos de válvulas. • Otros: Protectores para termopar, coquillas, retenedores, placas de

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Al alto vacío. • La fusión de moldes de baja presión • Es un sistema de fusión que consiste en la colocación de un tallo sobre un crisol sellado, al inyectar presión al centro del crisol la única salida del metal fundido será el tallo por lo que se genera el flujo del metal por el tallo hasta que se llena la matriz y se forma la pieza. Con este procedimiento se pueden fabricar piezas hasta de 30 Kg. y es rentable para grandes cantidades de piezas sin grandes requerimientos de calidad. Fundición al vacío

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Centrífuga. • La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga: • Fundición centrífuga real • Fundición semicentrífuga • Centrifugado • Fundición centrífuga real • Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Fundición semicentrífuga • Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrífuga que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Centrifugado • Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífuga la que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Formado Mecánico (Prensado, Estirado, Cizallado, Doblado) • La deformación es únicamente uno de los diversos procesos que pueden usarse para obtener formas intermedias o finales en el metal. • El estudio de la plasticidad está comprometido con la relación entre el flujo del metal y el esfuerzo aplicado. Si ésta puede determinarse, entonces las formas más requeridas pueden realizarse por la aplicación de fuerzas calculadas en direcciones específicas y a velocidades controladas. • Las maquinas, aparatos, herramientas y diversos artículos mecánicos están formados por muchas piezas unidas, tales como: pernos, armazones, ruedas, engranajes, tornillos, etc. Todas estas piezas obtienen su forma mediante diferentes procesos mecánicos (Procesos de conformado), fundición, forja, estirado, laminado, corte de barras y planchas, y por sobre todo mediante arranque de virutas.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Embutido profundo y prensado • • El embutido profundo es una extensión del prensado en la que a un tajo de metal, se le da una tercera dimensión considerable después de fluir a través de un dado. El prensado simple se lleva a cabo presionando un trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al intentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para bebidas, son los ejemplos más comunes. Este proceso puede llevarse a cabo únicamente en frío. Cualquier intento de estirado en caliente, produce en el metal un cuello y la ruptura. El anillo de presión en la Fig. evita que el blanco se levante de la superficie del dado, dando arrugas radiales o pliegues que tienden a formarse en el metal fluyendo hacia el interior desde la periferia del orificio del dado.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Laminado • • Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos rotatorios. Los rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas. También pueden estar ranurados o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar patrones en relieve. Este proceso de deformación puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío. El trabajo en caliente es usado muy ampliamente porque es posible realizar un cambio en forma rápida y barata. El laminado en frío se lleva a cabo por razones especiales, tales como la producción de buenas superficies de acabado o propiedades mecánicas especiales. Se lamina más metal que el total tratado por todos los otros procesos.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Estirado • Este es esencialmente un proceso para la producción de formas en hojas de metal. Las hojas se estiran sobre hormas conformadas en donde se deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos. Es un proceso de trabajo en frío y es generalmente el menos usado de todos los procesos de trabajo.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Estirado de alambre • Una varilla de metal se aguza en uno de sus extremos y luego es estirada a través del orificio cónico de un dado. La varilla que entra al dado tiene un diámetro mayor y sale con un diámetro menor. En los primeros ejemplos de este proceso, fueron estiradas longitudes cortas manualmente a través de una serie de agujeros de tamaño decreciente en una "placa de estirado" de hierro colado o de acero forjado. En las instalaciones modernas, grandes longitudes son estiradas continuamente a través de una serie de dados usando un número poleas mecánicamente guiadas, que pueden producir muy grandes cantidades de alambre, de grandes longitudes a alta velocidad, usando muy poca fuerza humana. Usando la forma de orificio apropiada, es posible estirar una variedad de formas tales como óvalos, cuadrados, hexágonos, etc. , mediante este

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Cizallado -. El corte del metal implica su sostenimiento a un esfuerzo de corte, superior a su resistencia límite, entre filos cortantes adyacentes como se muestra en la figura. Conforme el punzón desciende sobre el metal, la presión produce una deformación plástica que tiene lugar como en B en la figura. El metal se somete a un esfuerzo muy alto entre los filos de la matriz y el punzón, y las fracturas se inician en ambos lados de la lámina a medida que continúa la deformación. Cuando se alcanza el límite de resistencia del material la fractura progresa; si el juego es correcto, y ambos filos tienen el mismo aguzado, las fracturas se encuentran en el centro de la lámina como se muestra en C. el valor del juego, que desempeña un papel importante en el diseño de matrices depende de la dureza del material. Para el acero deberá ser del 5 al 8 % del espesor del material por lado. Si se usa un juego inadecuado, las fracturas no coinciden, y en cambio, deben atravesar todo el espesor de la lámina, consumiendo más potencia. a) Punzón en contacto con la lámina. b) Deformación plástica. punzonado y cizallado para perfiles de metal etc. , c) Fractura completa.

EVALUACION FINAL

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA Cizallas de escuadrar • Esta máquina se usa exclusivamente para cizallar láminas de acero y se fabrica tanto `para operación manual como la operada con motor. Se puede colocar lámina con un ancho mayor de 3 m. Están provistas de pisadores hidráulicos cada 300 mm para prevenir cualquier movimiento de la lámina durante el corte. En la operación, la lámina avanza sobre la bancada de manera que la línea de corte se encuentre bajo la cuchilla. Cuando se acciona el pedal, los pisadores descienden y las cuchillas cortan progresivamente a lo largo de la lámina.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Doblado y formado • • Se puede efectuar con el mismo equipo que se usa para corte, esto es, prensas operadas con manivela, excéntrico y leva. En donde esté considerado el doblado, el metal se somete a esfuerzos tanto en tensión como de compresión con valores inferiores a la resistencia límite del material, sin un cambio apreciable del espesor. Tal como en una prensa dobladora, el doblado simple implica un doblez recto a lo largo de la lámina de metal. Para diseñar una sección rectangular a doblar, uno debe determinar cuánto metal se debe dejar para el doblez, pues las fibras exteriores se alargan y las interiores se cortan. Durante la operación, el eje neutro de la sección se mueve hacia el lado de la compresión, lo cual arroja más fibras en tensión. Todo el espesor disminuye ligeramente, el ancho aumenta en el lado de la compresión y se acorta en el otro. Aunque las longitudes correctas para los dobleces se pueden determinar por fórmulas empíricas, están considerablemente influidas por las propiedades físicas del metal. El metal que se ha doblado, retiene algo de su elasticidad original y hay alguna recuperación de elasticidad después de retirar el punzón, a esto se le llama recuperación elástica.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Prensa dobladora • • Se usan para doblar, formar, rebordear, repujar, desbarbar y punzonar lámina metálica de bajo calibre. Tales prensas pueden tener espacio para lámina de 6 m de ancho y 16 mm de espesor. La capacidad de presión requerida de una prensa dobladora para un material dado, se determina por la longitud de la pieza, el espesor del metal y el radio del doblez. El radio mínimo interior de doblez se limita usualmente a un valor igual al espesor del material. Para las operaciones de doblado, la presión requerida varía en proporción a la resistencia a la tensión del material. Las prensas dobladoras tienen carreras cortas, y están equipadas generalmente con un mecanismo impulsor excéntrico.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Maquinado tradicional -. Proceso mediante el cual se remueve metal para dar forma o acabado a una pieza. Se utilizan métodos tradicionales como el torneado, el taladrado, el corte, y el amolado, o métodos menos tradicionales que usan como agentes la electricidad o el ultrasonido. • Taladro -. La máquina perforadora o taladros de prensa son esenciales en cualquier taller metal-mecánico. Un taladro consta de un eje (que hace girar la broca y puede avanzar hacia la pieza de trabajo, ya sea automática o manualmente) y una mesa de trabajo (que sostiene rígidamente la pieza de trabajo en posición cuando se hace la perforación). Un taladro se utiliza principalmente para hace perforaciones en metales; sin embargo, también pueden llevarse a cabo operaciones como roscado, rimado, contra taladro, abocardado, mandrinado y refrentado.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Taladrado. • Puede definirse como la operación de producir una perforación cuando se elimina metal de una masa sólida utilizando una herramienta de corte llamada broca espiral o helicoidal. Avellanado • Es la operación de producir un ensanchamiento en forma de uso o cono en el extremo de una operación

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Rimado • Es la operación de dimensionar y producir una perforación redonda y lisa a partir de una perforación taladrada o mandrinada previamente, utilizando una herramienta de corte con varios bordes de corte. • Mandrinado o torneado interior • Es la operación de emparejar y ensanchar una perforación por medio de una herramienta de corte de un solo filo, generalmente sostenida por una barra de mandrinado.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • El careado para tuercas o refrentado. • Es la operación de alisar y escuadrar la superficie alrededor de una peroración para proporcionar asentamiento para un tornillo de cabeza o una tuerca. • Roscado • Es la operación de cortar roscas internas en una perforación, con una herramienta de corte llamada machuelo. Se utilizan machuelos especiales de maquina o pistola, junto con aditamentos de roscado, cuando esta operación se realiza mecánicamente con una máquina.

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA • Contrataladro o caja. • Es la operación de agrandar la parte superior de una perforación taladrada previamente hasta una profundidad particular, para producir una caja con hombro cuadrado para la cabeza de un perno o de un tornillo

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA Maquinado automatizado • • Conjunto de procesos químicos, térmicos y eléctricos para el maquinado de piezas de metal. El término automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semiindependiente del control humano. Centro de torneado CNC A mediados de los años 60 se hicieron amplios estudios que demostraron que aproximadamente el 40 % de todas las operaciones de corte de metales se llevan a cabo en tornos. Hasta entonces, la mayor parte del trabajo se llevaba a cabo en tornos convencionales o revólver, mismos que no eran muy eficientes de acuerdo a los estándares actuales. Una intensa investigación llevó al desarrollo de centros de torneado controlados numéricamente. En años recientes, éstos han sido actualizados a unidades más poderosas controladas por computadora capaces de mayor precisión y de ritmos más elevados de producción.

FIN DEL CURSO

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