Subido por david_valenciano_93

TEMA 1

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TEMA 1. INTRODUCCIÓN
INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES
ÍNDICE.
1. INTRODUCCIÓN.
2. PROCESOS INDUSTRIALES DE LAS MATERIAS PRIMAS
METÁLICAS: ACERO.
2.1. PRODUCCIÓN DEL ARRABIO.
2.2. AFINO DEL ARRABIO.
2.3. COLADA DEL ACERO.
3. PROCESOS INDUSTRIALES DE LAS MATERIAS PRIMAS
POLIMÉRICAS.
4. LOS PROCESOS TECNOLÓGICOS PARA LA OBTENCIÓN DE
PIEZAS.
5. REQUERIMIENTOS DEL SERVICIO y PERFECCIONAMIENTO
DEL DISEÑO
1. INTRODUCCIÓN
La Tecnología de Materiales es la disciplina técnica que
trata sobre los procesos industriales que nos permiten
obtener piezas útiles para conformar las máquinas o
dispositivos, a partir de las materias primas específicas.
PIEZA PRODUCTO
MATERIA PRIMA
PROCESO
MATERIALES METÁLICOS
MATERIALES CERÁMICOS
MATERIALES POLIMÉRICOS
3
2. PROCESO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIÓN DE ACERO
2.1. PRODUCCIÓN DE ARRABIO
Arrabio:
• Material fundido que se obtiene mediante reducción del mineral
de hierro.
• Se utiliza como materia prima en la obtención del acero.
• Se puede obtener mediante un Alto Horno o mediante el proceso
de Reducción Directa
Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro,
coque y caliza.
Principales minerales de hierro:
Hematita :
Magnetita :
Siderita:
Limonita:
Fe2O3
70% Hierro
Fe3O4
72.4% Hierro
FeCO3
48.3% Hierro
Fe2O3 n (H2O) 60-65% Hierro
2.1.1. PRODUCCIÓN DE ARRABIO EN UN ALTO HORNO.
Minerales de hierro:
Magnetita Fe3O4
Hematites Fe2O3
Limonita Fe2O3 nH2O
Reducción de
minerales de hierro
(HORNO ALTO)
2C+O2
Fe2O3+3CO
ESCORIA
2CO
- Coque, reductor
- Fundentes:
Sílice SiO2
Caliza CaCO3
Dolomíta MgCO3
Alto Horno
Aire introducido a 950ºC:
•Combustión del carbón
•Elevar la temperatura
del horno
•Producir monóxido de
carbono
2Fe+3CO2
ARRABIO
Hierro líquido
de primera fase
93%Fe+4%C+ Si+Mn+S+P
AFINO
Para producir una tonelada de acero virgen se necesitan 1500kg de ganga de hierro, 225kg de
piedra caliza (1/7) y 750kg de carbón (1/2) (en forma de coque) [Lawson, B.; 1996]
2.1.2. PRODUCCIÓN DE ARRABIO POR REDUCCIÓN DIRECTA.
Emplea agentes reactivos reductores como gas natural, aceite combustible, monóxido
de carbono, hidrógeno o grafito.
Consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores,
con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados
Se inyectan los gases en contracorriente con altos contenidos de H2 y CO2 para obtener
el hierro reducido libre de oxigeno.
El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos
pellets de mineral de hierro que pueden ser utilizados directamente para la producción
de acero con características controladas.
Fe2O3 + 3H2 ---> 2Fe + 3H2O
Fe2O3 + 3CO ---> 2Fe + 3CO
• Solo 2% de la producción mundial de arrabio se obtiene por este método
• El costo de producción es menor que en un alto horno.
2.2. AFINO DEL ARRABIO:
Los procesos de afino se realizan tratando el arrabio, líquido o solidificado, en
hornos de menor volumen para disminuir los contenidos de carbono, azufre
y fósforo, controlar los de manganeso y silicio, y adicionar si se requiere
otros elementos para fabricar aceros aleados.
93%Fe+4%C+ Si+Mn+S+P
2.2. AFINO DEL ARRABIO
Hornos utilizados para convertir arrabio en metales ferrosos:
Hornos de reverbero, Martin-Siemens, con aporte de calor por
combustibles gasificados. Pueden consumir chatarras.
Hornos eléctricos, de arco o de inducción, que toman la denominación
por la fuente energética. También pueden consumir chatarras.
Convertidores, Besemer o L.D., que insuflan aire u oxígeno para
descarburar el arrabio, siendo esta su fuente de energía. Requiere tomar el
arrabio líquido del horno alto.
HORNOS DE REVERBERO MARTIN-SIEMENS
Se añaden las materias sólidas o fundidas y además, hay que aplicarles calor.
El tipo más sencillo quema hulla en una parrilla, y la llama con los productos de la
combustión se refleja (reverbera) en la bóveda o techo del horno, atraviesan el
espacio que hay sobre la solera (donde se sitúa la carga metálica) y son evacuados por la
chimenea, colocada en el extremo opuesto a la parrilla.
En la actualidad se emplean más los combustibles gaseosos (metano), Líquidos y el
carbón pulverizado, los cuales se Insuflan en el horno, mezclados con aire precalentado,
por medio de un quemador situado en un extremo.
HORNOS ELÉCTRICOS
Se obtienen productos de alta calidad.
Son sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros
aleados que deben ser fabricados según unas especificaciones
muy exigentes.
En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta
oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo que aumenta
la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para
producir el acero
CONVERTIDOR BESSEMER.
• No se les suministra calor.
• El material se deposita fundido.
• Se introduce un tubo al recipiente justo en la superficie del arrabio, insuflando aire u
oxígeno a gran presión, que permite una reducción rápida de los componentes
lográndose así un afino en un corto tiempo y con buenos resultados de calidad del
acero
Ventaja : poder detenerlo con sólo cerrar la entrada del aire. De este modo se conseguían
aceros con distintas cantidades de carbono, silicio y manganeso.
Inconveniente: sólo podía utilizarse para arrabios con cantidades muy pequeñas de fósforo,
ya que este material no se eliminaba.
2. 3. COLADA DEL ACERO
•Verter el acero en moldes con la forma de la pieza que se desea obtener, acero
moldeado.
•Colar el acero líquido en lingoteras, para su transformación posterior por laminación o
forja en dos etapas: semiproductos y, éstos, en productos acabados.
•Colar el acero líquido en proceso continuo, colada continua, permitiendo la obtención
directa de semiproductos de reacción constante.
Colada Directa
Colada en sifón
COLADA EN LINGOTERA
COLADA CONTINUA
3. PROCESOS INDUSTRIALES DE LAS MATERIAS PRIMAS
POLIMÉRICAS
Gases de refinería.
< 30 ºC
Petróleo
Gasolinas. ≅40ºC
Nafta. 110ºC
Olefinas y
aromáticos
Keroseno 180 ºC
Gasóleo. 260ºC
Residuo.
300-400ºC
Nafta; Fracción de destilación del petróleo
crudo. Contiene Moléculas de hidrocarburo
con cadenas de 4 a 12 átomos
3. PROCESOS INDUSTRIALES DE LAS MATERIAS PRIMAS
POLIMÉRICAS
Una mezcla de nafta y vapor de agua a 850ºC produce una mezcla compleja de productos,
de los que solo algunos son utilizados para la fabricación de monómeros
Polietileno
Etileno
PVC
Óxido de
etileno
Polipropileno
Craqueo
Propileno
Poliisopreno
Nafta
Polibutadieno
Butadieno
Neopreno
SBR
Benceno
Reformado
Estireno
Poliestireno
Ciclohexano
Nylon 6.6
Tolueno
Xilenos
Poliuretanos
A. ftálico
Poliésteres
4. LOS PROCESOS TECNOLÓGICOS PARA LA
OBTENCIÓN DE PIEZAS
PROCESO
Materia
Semielaborada
Proceso
A
Proceso
B
Proceso
C
Proceso
i
Requerimiento
Servicio
Los procesos tecnológicos elementales en los diversos materiales son muy diversos. Sin
embargo existen ciertas semejanzas entre muchos de ellos que nos permiten agruparlos en
los siguientes procesos tipo:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
COLADA DE MATERIALES.
CONFORMADO PLÁSTICO.
SINTERIZACIÓN.
SOLDADURA y UNIONES POR ADHESIVOS.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS.
PROTECCIONES SUPERFICIALES.
5.
REQUERIMIENTOS
DEL
PERFECCIONAMIENTO DEL DISEÑO
SERVICIO
y
Fiabilidad: es el indicador de la bondad del servicio o probabilidad de un
dispositivo para cumplir una función requerida en las condiciones establecidas
durante la duración requerida.
El cálculo de este indicador fiabilidad, Fb, para una población de máquinas, se
establece bien, de forma directa, por la cantidad de servicio realizado entre
dos fallos o bien, de forma inversa, por el número de fallos registrados en un
definido servicio.
Objetivo: analizar la influencia de los procesos tecnológicos en la fiabilidad de
la pieza.
•
•
•
•
Fractura
Ensayos no destructivos
Tribología
Diagnóstico sobre la calidad del servicio
SÍNTESIS DEL PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
• HERRAMIENTAS PARA EL DIAGNÓSTICO DEL FALLO
Fractura
Tribología
• PROCESOS TECNOLÓGICOS
Conformación de piezas
Conformación de conjuntos
Variación de propiedades
• HERRAMIENTAS PARA LA OBSERVACIÓN DEL DEFECTO
Ensayos no destructivos
Descargar
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