Metales Ferrosos • Los metales ferrosos son aquellos, que su principal componente es el HIERRO y, sus principales características son su gran resistencia a la tención y dureza. • Los metales ferrosos son los: • 1)Acero • 2)El hierro • 3)Las fundiciones Existen cuatro tipos de metales ferrosos: • Hierros: son productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,01-0,03 %. Son muy blandos y difíciles de obtener. • Aceros: son aleaciones de hierro y carbono (porcentaje de carbono: 0,03-1,76 %). • Fundiciones: son aleaciones de hierro y carbono (porcentaje de carbono: 1,76-6,67 %). • Grafitos: son aleaciones que se obtienen cuando el porcentaje de carbono es superior al 6,67 %. Tipos de minerales Clasificación de las fundiciones a) Fundición ordinaria: Solamente lleva hierro y carbono. Existen a su vez tres subgrupos. o b) Fundición blanca: Es muy dura y frágil, se emplea como materia prima para aleaciones especiales maleables. Al fracturarse presenta un color blanco brillante debido a que el carbono está en forma de cementita. c) Fundición gris: Tiene bajo costo, buena maquinabilidad y alta resistencia al desgaste, y al fracturarse presenta un color gris porque el carbono está en forma de grafito (lápices) d) Fundición atruchada: Tiene propiedades intermedias entre la blanca y la gris. e) Fundición aleada: Además de hierro y carbono posee otros elementos químicos que mejoran sus propiedades. f) Fundiciones especiales: Existen numerosos tipos con características variables dependiendo de su composición química, proceso de calentamiento y enfriamiento, etc. • Los aceros y fundiciones, es decir, los materiales estructurales principales en cualquier cultura tecnológicamente avanzada, son básicamente aleaciones hierro-carbono. Estructura cristalina bajo condiciones de equilibrio • Debido a que el hierro es el componente principal de los metales ferrosos, las estructuras de los mismos consisten en deformaciones cristalinas de su sólido puro. • En consecuencia, las aleaciones ferrosas como el acero no son más que la inclusión intersticial de otros átomos en el arreglo cristalino del hierro. ¿Cuál es este arreglo? • El hierro forma alótropos (diferentes estructuras sólidas) según la temperatura a la que es expuesto, cambiando sus propiedades magnéticas. Así, a temperatura ambiente presenta un arreglo bcc, conocido también como hierro-alfa (el cubo de la izquierda, imagen superior). • En cambio, en un rango de temperaturas elevadas (912-1394(ºC)), manifiesta el arreglo cubica centrada en las caras (fcc): el hierro-gamma (el cubo de la derecha). Superada esta temperatura, el hierro regresa a la forma bcc para finalmente fundirse. • Este cambio de estructura alfa-gamma se conoce como transformación de fases. La fase gamma es capaz de “aprisionar” átomos de carbono, mientras que la fase alfa no. • Así, en el caso del acero, su estructura puede visualizarse como conjuntos de átomos de hierro rodeando un átomo de carbono. • De este modo, la estructura de los metales ferrosos depende de la distribución de las fases del hierro y los átomos de otras especies en el sólido. DIAGRAMA HIERRO-CARBONO • El hierro puro sufre dos cambios de la estructura cristalina antes de fundir. • A temperatura ambiente la forma estable se denomina ferrita (α) y tiene estructura BCC. Es relativamente blanda, magnética por debajo de los 768ºC. La ferrita experimenta a 912ºC una transformación polimórfica a austenita FCC o hierro γ. La austenita persiste hasta 1394ºC, temperatura a la que la austenita vuelve a convertirse en fase BCC conocida como ferrita δ, que funde a 1538ºC. • FERRITA solución sólida de carbono en hierro alfa. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. • CEMENTITA Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros • PERLITA Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers • AUSTENITA Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma • LEDEBURITA La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono • El diagrama representado solo muestra una composición de hasta el 6,7% en peso de C, concentración que coincide con la de la cementita (Fe3C). La cementita se forma cuando se excede el límite de solubilidad del carbono en ferrita α, por debajo de 727ºC. Es dura y frágil, y su presencia aumenta considerablemente la resistencia de algunos aceros. • En la imagen vemos ferrita y austenita respectivamente: • Prácticamente todos los aceros y fundiciones tienen porcentajes de carbono inferiores a 6,7% de C. Clasificación AISI de aceros • AISI (Instituto americano del hierro y el acero) • Existe una gran variedad en la forma de identificar y clasificar a los aceros. Sin embargo, la mayoría de los aceros utilizados industrialmente presentan una designación normalizada expresada por medio de cifras, letras y signos. Hay dos tipos de designaciones para cada tipo de material, una simbólica y otra numérica. • En este sistema los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primero especifica la aleación principal, el segundo indica el porcentaje aproximado del elemento principal y con los dos últimos dígitos se conoce la cantidad de carbono presente en la aleación • AISI 1020: 1: para indicar que se trata de un acero corriente u ordinario; 0: no aleado; 20: para indicar un contenido máx. de carbono (C) del 0.20%. • AISI C 1020: La letra C indica que el proceso de fabricación fue SIEMENS-MARTIN-básico. Puede ser B (si es Bessemer-ácido) ó E (Horno eléctrico-básico). • AISI 1045: 1: acero corriente u ordinario; 0: no aleado; 45: 0.45 % en C. • AISI 3215: 3: acero al Níquel-Cromo; 2: contenido del 1.6% de Ni, 1.5% de Cr; 15: contenido del 0.15% de carbono (C). • AISI 4140: 4: acero aleado (Cr-Mo); 1: contenido del 1.1% de Cr, 0.2% de Mo; 40: contenido del 0.40% de carbono (C). • A continuación se presenta una tabla resumen de distintos tipos de aceros y su contenido aproximado de elementos principales de aleación, según AISI:
