8/12/2019 Lectura_el Hierro y Sus Aleaciones

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Exigencia acadmica para grandes cambios.

LECTURA COMPLEMENTARIA

LECTURA: EL HIERRO y SUS ALEACIONES

PROPIEDADES DEL HIERRO

El hierro es un metal color blanco plateado, dctil, maleable, cuyo peso especfico es 7,87g/cm3.

El hierro ms puro que puede obtenerse en la actualidad contiene 99,992% de Fe. La temperatura

de fusin del hierro puro es 1539 C.

ESTRUCTURA CRISTALINA DEL HIERRO PURO

El hierro es un metal que presenta el fenmeno de la alotropa. Es decir, puede poseer diversas

estructuras cristalinas dependiendo de la temperatura.

Si se enfra lentamente una probeta de hierro puro, fundida, es decir en estado lquido, se observa

que se solidifica a la temperatura constante de 1539C. Si la temperatura sigue despus

descendiendo, se observa a los 1390C una detencin en el descenso de la temperatura, otra

detencin se da a los 900C y por fin otra a los 750C.

Las temperaturas citadas se denominan temperaturas o puntos crticos, que son: 1390C, 900C y

750C. Si en lugar de enfriarse se calienta el hierro puro desde la temperatura ambiente,

observaremos que se repiten las mismas anomalas, pero a temperaturas ligeramente superiores:

780C, 920C y 1410C. Las temperaturas crticas corresponden respectivamente al enfriamiento

calentamiento.

La explicacin del por qu la temperatura se detiene en los puntos antes mencionados, es porque

a dichas temperaturas se produce un cambio en la estructura cristalina del hierro , pasando de

una estructura BCC (cbica centrada en el cuerpo) a una estructura FCC (cbica centrada en las

caras) o viceversa.

VARIEDADES ALOTRPICAS DEL HIERRO PURO

El hierro presenta una estructura BCC desde la temperatura ambiente hasta los 910C. A esta

variedad del hierro se denomina hierro tipo alfa ().

El hierro presenta una red cbica centrada en el cuerpo, es decir con un tomo de hierro en cada

vrtice de un cubo y otro en el centro. La distancia entre tomos de hierro es en promedio 2,86 A,

Secciones: BI1004,1005 Asignatura : Ingeniera de Materiales

Docente : Ing. Enrique De La Cruz Sosa Unidad:I Sesin:7 y 8

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aunque la distancia entre tomos puede aumentar con el calentamiento, debido al efecto de la

dilatacin trmica.

Desde los 910C hasta los 1400C el hierro presenta una estructura FCC. A esta variedad del hierro

se denomina hierro gamma () .Este tipo de hierro cristaliza en una red cbica centrada en las

caras, o sea con tomos de hierro ubicados en los vrtices del cubo y adems centrados en las

caras. La distancia entre tomos llega a ser de 3,68 A a los 1400C.

El cubo de hierro gamma tiene ms volumen que el cubo de hierro alfa. El hierro gamma disuelve

fcilmente al carbono, dado que un tomo de carbono (1,54 A) puede ubicarse fcilmente en los

intersticios dejados por los tomos de hierro. La solubilidad del carbono en el hierro gamma ( ) es

de 0,85% a 723C y de 1,76% a 1130C, para disminuir hasta 0,12% a 1487C.

La variedad hierro delta () se inicia a los 1400C, observndose una reduccin en la distancia

interatmica hasta 2,93 A, y el retorno al cubo con tomos centrados en el cuerpo, es decir similar

al hierro alfa. Esta variedad del hierro es poco interesante desde el punto de vista industrial.

1539C

t (C)

Ar 4 1390

Ar 3 900

Ar 2 750

Ac 41410

Ac 3 920

Ac 2780

910C

1400C

Hierro

Hierro

Hierro

Variedades alotrpicas del hierro: Fe, Fey Feen funcin de la temperatura.

ALEACIONES HIERRO CARBONO

El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales. Pero formando aleaciones con el carbono y

otros elementos, es el metal ms utilizado modernamente, con gran diferencia sobre los otros

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metales. El elemento bsico de aleacin del hierro es el carbono. Por eso el estudio de las

aleaciones hierro carbono es fundamental en la tecnologa del hierro.

Dependiendo del porcentaje de carbono presente en las aleaciones Fe-C, stas se pueden

clasificar como:

Aceros, si el porcentaje de Carbono est entre el 0,008% y el 1,76%

Fundiciones, si el porcentaje de Carbono est entre el 1,76% y el 6,67%.

Los aceros de cualquier proporcin de carbono dentro de los lmites citados pueden alearse con

otros elementos, tales como Nquel, Cromo, Manganeso, etc., formando los denominados aceros

aleados o aceros especiales. Algunos aceros aleados pueden contener excepcionalmente hasta el

2,14% de carbono.

Los aceros, generalmente son forjables, y esta es una cualidad entre otras que los distingue. Lasfundiciones en general no son forjables.

Como se ha visto anteriormente, los aceros son aleaciones hierro - carbono, con un porcentaje

mximo de Carbono del 1,76%.

Cmo influyen en las propiedades del acero las variaciones del contenido de carbono y de

la estructura correspondiente?

El aumento del contenido de carbono en el acero hace que se eleve su resistencia y su dureza,

alcanzado su valor mximo cuando el porcentaje de carbono es del 0,8%.

El lmite de elasticidad (E) de los aceros al carbono alcanza su valor mximo para un 0,6% de

carbono. El alargamiento y la estriccin, en cambio, disminuyen conforme aumenta el contenido de

carbono.

El carbono tambin influye en el proceso de templado de los aceros. Esto se ver ms adelante.

% de C

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

dureza110HB

resistencia

Elasticidad

Alargamiento y

estriccin

88,4 Kg/mm2

60 Kg/mm2

Influencia del carbono en los aceros

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NOMENCLATURA y PROPIEDADES TPICAS DE LOS ACEROS:

Existen distintas formas de clasificar a los aceros. En general, se denomina acero a toda aleacin

hierro carbono forjable cuyo contenido de carbono no sobrepasa el 1,76%. Se denomina

fundicina toda aleacin hierro carbono no forjable, cuyo contenido de C est entre 1,76% a

4%. Se denomina hierro al metal tcnicamente puro, con un contenido de C inferior al 0,008%.

El hierro puro se puede obtener mediante procedimientos electrolticos, pero tiene pocas

aplicaciones industriales.

De acuerdo a las normas americanas, los aceros reciben su designacin de acuerdo al cdigo AISI-

SAE de cuatro cifras o dgitos. Los dos primeros dgitos son 10 e indican que el acero es un acero

al carbono. Los dos ltimos dgitos indican el contenido de carbono nominal del acero en centsimos

de tanto por 100. Por ejemplo, el nmero 1030 del cdigo AISI-SAE para un acero, indica que elacero es un acero al carbono ordinario y que contiene un 0,30 % de carbono nominal.

En la tabla que se muestra a continuacin se encuentran las caractersticas mecnicas tpicas de

algunos tipos de acero AISI-SAE.

Nmero

ISI-SAE

Composicin

Tratamiento

Resistencia

a la

traccin

( MPa)

Elongacin

(%)Aplicaciones tpicas

%C %Mn

1010 0,10 0,40

Laminado en

caliente

Laminado en

fro

276-414

290 - 400

28 47

30 - 45

Planchas y flejes para trefilado,

cables, clavos, tornillos, bielas,

barras para reforzamiento de

hormign.

1020 0,20 0,45

Recin

Laminado

Recocido

448

393

36

36

Ejes, engranajes, chapas de

acero, secciones estructurales

1040 0,40 0,45

Recin

Laminado

Recocido

Revenido

621

517

800

25

30

20

Ejes, clavos, tuberas de gran

resistencia a la traccin,

engranajes

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1060 0,60 0,65

Recin

laminado

Recocido

Revenido

814

628

110

17

22

13

Alambres para resortes,

troqueles de forja, ruedas de

ferrocarril.

1080 0,80 0,80

Recin

laminado

Recocido

Revenido

967

614

1304

12

25

12

Alambres para msica, resortes

helicoidales, troqueles de forja,

cinceles

1095 0,95 0,80

Recin

laminado

Recocido

Revenido

966

655

1263

9

13

10

Troqueles, cuchillas, cizallas,

hojas de tijeras, cables de alta

resistencia a la traccin.

Los aceros de carbono ordinarios bajos de carbono tienen relativamente baja resistencia y alta

ductilidad. Estos aceros se utilizan para fabricar laminadas destinadas a aplicaciones de

conformado, tales como guardabarros y paneles de cuerpo para automviles.

A medida que el contenido de Carbono en los aceros aumenta, los aceros se hacen ms resistentes

pero menos dctiles. Los aceros con contenido medio de C (1020 1040) se emplean para ejes y

engranajes, los aceros altos en C (1060 1095) se emplean, por ejemplo, para ballestas, matrices,

etc.

La mayor parte de todo el acero fabricado es acero de bajo carbono(con menos del 0,25% de

Carbono). La microestructura de estos aceros es de ferrita y perlita. Como consecuencia estos

aceros son relativamente blandos y poco resistentes, pero con su extraordinaria ductilidad y

tenacidad, son de fcil mecanizado, soldables y baratos. Se usan para fabricar carroceras de

automviles, vigas, lminas para construir tuberas, edificios, puentes y latas estaadas.

Los aceros medios en carbono, tienen porcentajes de carbono comprendidos entre 0,25% y

0,60%. Estos aceros pueden ser tratados trmicamente mediante templado y revenido para mejorar

sus propiedades mecnicas. Estos aceros son ms resistentes que los aceros de bajo carbono,

pero menos dctiles. Se les utiliza para fabricar ruedas y rieles de trenes, engranajes y cigeales.

Los aceros alto contenido de carbono, contienen carbono entre el 0,60% y el 1,4%. Estos aceros

son las duros y resistentes, pero los menos dctiles. Se les utiliza en la fabricacin de herramientas

de corte, tales como cuchillos, navajas, hojas de sierra, muelles, etc.

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Los aceros inoxidablesson aceros resistentes a la corrosin. El Cromo es el principal componente

de esta aleacin en un porcentaje mnimo del 11%. La resistencia a la corrosin se mejora con la

adicin de Nquel y Molibdeno.