República Bolivariana de Venezuela

Universidad José Antonio Páez

Escuela: Ingeniería Industrial

Cátedra: Materiales Y Procesos De Manufactura

Sección: 105I1

“Producción Del Hierro Y El Acero, Aleaciones Ferrosas, Tipos De Aceros Y El Vidrio”

Profesor: Bachiller:

Luís Ortega Palma Luís C.I: 20292520

Alberto Díaz C.I: 19920117

San Diego, Agosto de 2013

Introducción

Como futuros ingenieros industriales es importante enriquecernos de conocimientos en lo que se refiere a la parte de los materiales y todos los componentes que nos sirven a nosotros para crear, diseñar o mejorar un producto.

Cabe destacar que previamente sabemos la importancia del hierro como elemento metálico y del acero como elemento que proviene de una aleación, pero nos interesa saber y aprender sobre sus propiedades y las distintas clasificaciones del acero, así como sus diferentes procesos de obtención, sus usos y su importancia en la parte de producción de un país en determinado.

También debemos mencionar a las aleaciones ferrosas aunque no son mas importantes que las aleaciones no ferrosas, estas tienen varios tipos de tratamientos térmicos como los simples y los isotérmicos uno más importante y con ciertas diferencias en sus procesos que nos gustaría aprender.

Mientras que el vidrio es un producto se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal.

Tiene una amplia clasificación empezando por los vidrios de ventana, de botellas, son muy usados por los arquitectos para sus grandes obras. Algo importante para aprender del vidrio es el proceso de reciclaje del mismo y como lo separan.

Producción del Hierro Y Del Acero

El Hierro

El Hierro, es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado, tiene una gran densidad y tiene una conductividad eléctrica muy baja. Tiene de número atómico 26 y es uno de los elementos de transición del sistema periódico.

También, es uno de los elementos metálicos más abundantes en el planeta. Constituye aproximadamente el 4.5% de la corteza terrestre. Generalmente es encontrado en forma de óxido de magnetita (Fe304), hermatita (Fe203), limonita, u óxidos hidratados (Fe203 + NH20) También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales, en las plantas, y además es un componente de la sangre.

Los metales férricos son los derivados de hierro. El hierro es muy abundante en la naturaleza y es el metal más utilizado aunque pocas veces aparece en estado puro.

Propiedades Mecánicas Del Hierro

Resistencia A La Rotura

Resistencia que opone el material a romperse por un esfuerzo mecánico exterior.

Deformabilidad

Es una propiedad que da a los materiales la posibilidad de deformarse antes de su rotura. Esta deformación puede ser permanente, es decir, plástica o elástica.

Tenacidad

La tenacidad nos expresa el trabajo que realiza un metal cuando es sometido a esfuerzos exteriores que lo deforman hasta la rotura. Esta característica nos define el trabajo del metal.

Dureza

Es la capacidad que presenta el metal a ser deformado en su superficie por la acción de otro material. Distinguimos varios tipos de dureza: al rayado, a la penetración, al corte y dureza elástica.

Soldabilidad

Propiedad que presentan algunos metales por la que dos piezas en contacto pueden unirse íntimamente formando un conjunto rígido.

Propiedades Térmicas

Conductividad Eléctrica

Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él la corriente eléctrica.

Conductividad Térmica

Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él una cantidad de calor. El coeficiente de conductividad térmica k nos da la cantidad de calor que pasaría a través de un determinado metal en función de su espesor y sección.

Dilatación

Es el aumento de las dimensiones de un metal al incrementarse la temperatura. No es uniforme ni sigue leyes determinadas.

Propiedades Químicas

La actividad química del metal depende de las impurezas que contenga y de la presencia de elementos que reaccionan con estas, dependiendo también en menor medida de la temperatura y zonas de contacto. Distinguimos fundamentalmente dos reacciones: oxidación y corrosión.

Oxidación

La oxidación se produce cuando se combina el oxigeno del aire y el metal. La oxidación es superficial, produciéndose en la capa más externa del metal y protegiendo a las capas interiores de la llamada oxidación total.

Corrosión

Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto.

Siderurgia

Es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero.

Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferro aleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.

Acero (Hierro Refinado)

Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos.

No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono.

El carbono se encuentra presente en un porcentaje inferior al 2%. Para obtener acero, se toma como materia prima el arrabio, eliminando al máximo las impurezas de este, y reduciendo el porcentaje del principal componente de la aleación que es el carbón. Esto se hace con el proceso de combustión en el que se producen muchas reacciones químicas.

Se denomina arrabio al 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.

Actualmente, el acero se ha convertido en un material de alta tecnología. Por ejemplo, el acero conocido como HDS (de alta fuerza y ductilidad) hace posible las "zonas de pliegue inteligentes": la idea es que este material, que se deforma fácilmente, se vuelve más resistente luego de una colisión debido a transformaciones estructurales, por lo que brinda una mayor protección.

Procesos De Fabricación De Acero

Para empezar, las materias primas (o bien mineral de hierro o bien chatarra férrea, según el proceso) son convertidas en acero fundido. El proceso a base de mineral de hierro utiliza un alto horno y el proceso con la chatarra férrea recurre a un horno de arco eléctrico.A continuación, el arrabio se solidifica mediante moldeo en una máquina de colada continua. Se obtiene así lo que se conoce como productos semiacabados.

Por último, estos productos semiacabados se transforman, o "laminan" en productos acabados. Algunos reciben un tratamiento térmico, conocido como "laminado en caliente".

Métodos De Refinado De Hierro

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.

Acero De Horno Eléctrico

En algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la electricidad y no de la combustión de gas. Los hornos eléctricos son sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser fabricados según unas especificaciones muy exigentes. El refinado se produce en una cámara hermética, donde la temperatura y otras condiciones se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automáticos.

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. La cantidad de oxígeno que entra en el horno puede regularse con precisión en todo momento, lo que evita reacciones de oxidación no deseadas.

En la mayoría de los casos, la carga está formada casi exclusivamente por material de chatarra. Antes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada y clasificada, porque su contenido en aleaciones afecta a la composición del metal refinado. También se añaden otros materiales, como pequeñas cantidades de mineral de hierro y cal seca, para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales

para la aleación se introducen con la carga o después, cuando se vierte a la cuchara el acero refinado.

Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal. La corriente eléctrica fluye por uno de los electrodos, forma un arco eléctrico hasta la carga metálica, recorre el metal y vuelve a formar un arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia del metal al flujo de corriente genera calor que, junto con el producido por el arco eléctrico, funde el metal con rapidez. Hay otros tipos de horno eléctrico donde se emplea una espiral para generar calor.

Procesos De Acabado

El acero se vende en una gran variedad de formas y tamaños, como varillas, tubos, rieles de ferrocarril, entre otros, estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminando con lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia.

El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero.

Los procesos modernos de fabricación requieren gran cantidad de chapa de acero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y láminas con anchuras de hasta 2,5 m. esos laminadores procesan con rapidez la chapa de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabajada. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm y aumentan su longitud de 4 a 370 metros.

Una forma más eficiente para producir chapa de acero delgada es hacer pasar por los rodillos planchas de menor espesor. Con los métodos convencionales de fundición sigue siendo necesario pasar los lingotes por un tren de desbaste para producir planchas lo bastante delgadas para el tren de laminado continuo.

Productos Acabados De Acero

Tubos

Los tubos más baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente en forma cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. En los tubos más pequeños, los bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre un par de rodillos curvados según el diámetro externo del tubo. La presión de los rodillos es suficiente para soldar los bordes. Los tubos sin soldaduras se fabrican a partir de barras sólidas haciéndolas pasar entre un par de rodillos inclinados entre los que está situada una barra metálica con punta, llamada mandril, que perfora las barras y forma el interior del tubo mientras los rodillos forman el exterior.

Hojalata

El producto del acero recubierto más importante es la hojalata estañada que se emplea para la fabricación de latas y envases. El material de las latas contiene más de un 99% de acero. En algunas instalaciones, las láminas de acero se pasan por un baño de estaño fundido después de laminarlas primero en caliente y luego en frío. El método de recubrimiento más común es el proceso electrolítico. La chapa de acero se desenrolla poco a poco de la bobina y se le aplica una solución química. Al mismo tiempo se hace pasar una corriente eléctrica a través de un trozo de estaño puro situado en esa misma solución, lo que el estaño se disuelva poco a poco y se deposite en el acero.

En la hojalata delgada, la chapa recibe un segundo laminado en frío antes de recubrirla de estaño, lo que aumenta la resistencia de la chapa además de su delgadez. Las latas hechas de hojalata delgada tienen una resistencia similar a las ordinarias, pero contienen menos acero, con lo que reduce su peso y coste.

Hierro Forjado

El proceso antiguo para fabricar la aleación resistente y maleable conocida como hierro forjado se diferencia con claridad de otras formas de fabricación de acero. Debido a que el proceso, conocido como pudelización, exigía un mayor trabajo manual, era imposible producir hierro forjado en grandes cantidades.

Procesos Modernos De Obtención De Acero

Por Soplado

En el cual todo el calor procede del calor inicial de los materiales de carga, principalmente en estado de fusión.

Con Horno De Solera Abierta

En el cual la mayor parte del calor proviene de la combustión del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el éxito de este proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y así alcanzar las altas temperaturas eficaces para la fusión de la carga del horno.

Eléctrico

En el cual la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica (arco, resistencia o ambos); este calor puede obtenerse en presencia o ausencia de oxígeno; por ello los hornos eléctricos pueden trabajar en atmósferas no oxidantes o neutras y también en vacío, condición preferida cuando se utilizan aleaciones que contienen proporciones importantes de elementos oxidables.

Estructura Del Acero

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita, un compuesto de hierro con 7% de carbono aproximadamente es de gran dureza y más quebradiza. La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos componentes.

La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por completo compuesto de perlita. Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino

la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida.

Propiedades Del Acero

Resistencia a comprensión y tracción. Dureza Resistencia al desgaste Ductilidad

Las propiedades del acero se pueden mejorar con la adición de elementos aleantes.

Ventajas Del Acero

El Acero es un material de construcción de superior calidad,es 100% reciclable e inorgánico.

No se tuerce, raja, rompe o cambia de forma, longitud; tiene el más alto ratio de fuerza a peso de cualquier material de construcción.

Acero es más liviano que cualquier otro material para enmarcados o paneles. Su calidad es consistente y constante, es producido dentro de estrictos

estandartes nacionales, no variaciones regionales.

Aleaciones Ferrosas

Una aleación es una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. Se puede observar que las aleaciones están constituidas por elementos metálicos en estado elemental (estado de oxidación nulo), por ejemplo Fe, Al, Cu, Pb. Pueden contener algunos elementos no metálicos por ejemplo P, C, Si, S, As. Para su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes fundan.

La base de las aleaciones ferrosas son aleaciones de Hierro y Carbono.

Casi todos los tratamientos térmicos de un acero tienen como fin originar una mezcla ferrita y de cementita.

Existen Tratamientos Térmicos Simples Y Son

Recocido Intermedio

Se lleva a cabo a baja temperatura (80°C a 170°C bajo cero), sirve para eliminar el efecto de deformación en frío en los aceros.

Recocido Normalizado

Produce una perlita fina con mayor resistencia mecánica, el recocido hace que el acero se enfríe dando perlita gruesa y el normalizado provoca que el acero se enfríe más rápido y produce perlita fina.

Esferoidización

Transforma partículas esféricas grandes con el fin de acortar la superficie de bordes, para después producir las propiedades que se requieren en el acero.

Los Tratamientos Térmicos Isotérmicos Son:

Revenido En La Fase Austenítica Y Recocido Isotérmico

El primero revenido se usa para producir bainita, esto se logra con la austenitización del acero a cierta temperatura y el recocido isotérmico consiste en la austentización con un enfriamiento veloz para que la austenia se convierta en perlita.

Interrupción De La Transformación Isotérmica

Al interrumpir el tratamiento térmico isotérmico se crean microestructuras complicadas como: alguna que tendrá perlita, ferrita, bainita y martensita.

Tratamientos Térmicos De Templado Y Revenido

Austenita Retenida

Es la austenita que queda atrapada en la estructura, no logra transformarse en martensita durante el tratamiento de templado en razón de la expansión volumétrica asociada con la reacción.

Esfuerzos Residuales Y Agrietamientos

Los esfuerzos residuales se crean con el cambio de volumen, si estos esfuerzos rebasan el límite elástico aparecen grietas de templado, el fin de esto es transformar acero en martensita.

Rapidez De Templado

Es la velocidad a la que se enfría el acero, esto depende de la temperatura y de las características térmicas del medio usado para el temple.

Tratamientos De Superficies

Mediante estos tratamientos se producen estructuras duras y resistentes en la superficie, resistente a la fatiga y al desgaste.

Calentamiento Selectivo De La Superficie

Se calienta la superficie del acero, ya que esta templada la superficie será de martensita, la profundidad de la martensita es la profundidad de cementado. Se puede endurecer solo ciertas áreas, es más fácil en aquellas zonas fatigadas o desgastadas.

Carburizado Y Nitruración

En el carburizado a cierta temperatura se difunde el carbono desde la superficie, esta tendrá un alto nivel de carbono al ser templado y revenido la superficie cambia a martensita de alto carbono. En la nitruración el nitrógeno se difunde en la superficie a partir de un gas. En estos dos procesos se produce esfuerzo residual a la compresión en la superficie.

Soldabilidad Del Acero

En el proceso de soldadura el acero a cierta temperatura se transforma en austenita, un acero originalmente templado y revenido presenta problemas en la soldadura, por esto es que no se debería soldar.

Efectos de los elementos de aleación

Templabilidad

Es la facilidad con la que se transforma acero en martenista, la templabilidad no se refiere a la dureza del acero.

Es importante mencionar que el diagrama TTT describe la transformación austenita-perlita a una temperatura constante. El diagrama TEC describe como se transforma la austenita durante el enfriamiento.

Aplicación de la templabilidad

Como para muchos aceros no existe el diagrama TEC se hace la prueba Jominy que produce un rango de velocidades de enfriamiento para obtener una curva de templabilidad.

Prácticamente cualquier acero se transforma en martensita en el extremo templado

Tipos De 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. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas. Se clasifican en:

Aceros Al Bajo Carbono

Con menos de 0.20% de carbón, son por mucho los aceros más ampliamente usados.

Aceros Al Medio Carbono

Fluctúan en contenido de carbono entre el 0.2 y 0.5% y se especifican para aplicaciones que requieren resistencias mayores que la de los aceros al bajo carbono.

Aceros Al Alto Carbono

Normalmente se encuentran en cantidades mayores al 0.5.Se especifican aun para aplicaciones de alta resistencia y donde se necesita rigidez y dureza.

Aceros Aleados

Estos aceros 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. Estos aceros de aleación se pueden clasificar 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%.

Aceros De Herramienta

Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar por lo tanto deben poseer alta resistencia, dureza, dureza en caliente, resistencia al desgaste y tenacidad al impacto. Se clasifican en:

Aceros Para Herramientas De Alta Velocidad

Se usan como herramientas de corte en procesos de máquina. Se formulan para alta resistencia al desgaste y dureza en caliente.

Aceros De Herramientas Para Trabajo En Caliente

Están diseñados para dados para trabajo en caliente, para forja, extrusión y fundición en dados.

Acero De Herramientas Para Trabajo En Frío

Estos aceros para dados se usan para operaciones de trabajo en frío tales como: Estampado de láminas metálica, extrusión en frio y ciertas operaciones de forja.

Aceros De Herramientas Endurecibles Con Agua

Estos aceros tienen alto contenido de carbono con poco o ningún otro elemento de aleación. Solo pueden ser endurecidos mediante un rápido enfriamiento en agua. Se usan ampliamente debido a su bajo costo, pero se limitan a aplicaciones a temperaturas bajas. Los dados o matrices para encabezamiento en frio son una aplicación típica.

Aceros De Herramienta Resistentes Al Choque

Estos aceros se proyectan para usarse en aplicaciones donde se requiere una alta tenacidad, como en muchas cizallas para corte de metal para operaciones de punzonado y doblado.

Aceros Para Molde

Estos aceros de herramienta son para moldes de plásticos y hule.

Aceros De Herramientas De Baja Aleación

Estos materiales se reservan generalmente para aplicaciones especiales.

Aceros De Baja Aleación

Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. 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.

Sus principales aleantes son utilizados solos o combinados

Cromo (Cr)

Mejora la resistencia, dureza, resistencia al desgaste y dureza en caliente, la templabilidad y resistencia a la corrosión.

Manganeso (Mn)

Mejora la resistencia, dureza y la templabilidad. Ampliamente usado.

Molibdeno (Mo)

Mejora la tenacidad, dureza en caliente y resistencia al desgaste.

Níquel (Ni)

Mejora la resistencia, tenacidad y corrosión.

Vanadio (V)

Mejora la resistencia y tenacidad (inhibe el crecimiento del grano). Mejora la resistencia al desgaste.

Especiales

Los Aceros de Aleación 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, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales.

Los aceros inoxidables se dividen tradicionalmente en tres grupos, cuyo nombre se determina por la fase predominante en la aleación a temperatura ambiente:

Inoxidables Austeniticos

Estos aceros tienen la composición típica de 18% Cr y 8% Ni y son los más resistentes a la corrosión de los tres grupos. Debido a esta composición se les identifica algunas veces como aceros 18-8.Son magnéticos y muy dúctiles, pero muestran endurecimiento por trabajo en forma significativa.

Inoxidables Ferriticos

Estos aceros tienen alrededor alrededor de 15 a 20% de cromo, bajo carbono y nada de níquel. Los aceros inoxidables ferriticos son magnéticos, menos dúctiles y con menor resistencia a la corrosión que los austeniticos.

Inoxidables Martensiticos

Estos aceros tienen un contenido más alto de carbono que los inoxidables ferriticos, lo cual permite fortalecerlos mediante tratamiento térmico. Tienen hasta 18% de cromo pero nada de níquel. Son fuertes y resistentes a la fatiga, pero no tan resistentes a la corrosión como los otros dos grupos.

El Vidrio

El vidrio fue descubierto por los egipcios aproximadamente en el año 3000 a.c. Su primer uso, que se remonta a tiempos muy antiguos, era para objetos de bisutería. En la Antigua Roma se inventó el soplado, técnica que permitió la elaboración de recipientes e, incluso, de láminas para ventanas. En la Edad Media fue ampliamente usado para las vidrieras de las catedrales, desde entonces y hasta el día de hoy sigue siendo utilizado por la arquitectura para los acabados de las construcciones modernas, también es utilizado por la industria en la elaboración de todo tipo de objetos.

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico amorfo.

El vidrio se obtiene a unos 1.500 °C de arena de sílice (Si O 2), carbonato de sodio (Na2C O 3) y caliza (Ca C O 3).

El término "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto en el ámbito científico debido a que el vidrio es un sólido amorfo (sus moléculas no están dispuestas de forma regular) y no un sólido cristalino.

Composición Y Propiedades

La sílice se funde a temperaturas muy elevadas para formar vidrio. Como éste tiene un elevado punto de fusión y sufre poca contracción y dilatación con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos de laboratorio y objetos sometidos a choques térmicos (deformaciones debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad, por lo que resulta práctico para el aislamiento térmico y eléctrico. En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materias primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusión y la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actúan como estabilizante.

Vidrio Soluble Y Vidrio Sodocálcico

El vidrio de elevado contenido en sodio que puede disolverse en agua para formar un líquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea como barniz ignífugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor parte del vidrio producido presenta una

elevada concentración de sodio y calcio en su composición y se utiliza para fabricar botellas, cristalerías de mesa, bombillas (focos), vidrios de ventana y vidrios laminados.

Vidrio Al Plomo

El vidrio fino empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería. Como el plomo absorbe la radiación de alta energía, el vidrio al plomo se utiliza en pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares.

Vidrio De Borosilicato

Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.

Color

Las impurezas en las materias primas afectan al color del vidrio. Para obtener una sustancia clara e incolora, los fabricantes añaden manganeso con el fin de eliminar los efectos de pequeñas cantidades de hierro que producen tonos verdes y pardos. El cristal puede colorearse disolviendo en él óxidos metálicos, sulfuros o seleniuros.

Propiedades Físicas

Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho.

Tipos De Vidrios

Vidrio De Ventana

El vidrio de ventana, que ya se empleaba en el siglo I d.C., se fabricaba utilizando moldes o soplando cilindros huecos que se cortaban y aplastaban para formar láminas. En el proceso de corona, técnica posterior, se soplaba un trozo de vidrio

dándole forma de globo aplastado o corona. La varilla se fijaba al lado plano y se retiraba el tubo de soplado. La corona volvía a calentarse y se hacía girar con la varilla; el agujero dejado por el tubo se hacía más grande y el disco acababa formando una gran lámina circular. La varilla se partía, lo que dejaba una marca. En la actualidad, casi todo el vidrio de ventana se fabrica de forma mecánica estirándolo desde una piscina de vidrio fundido. En el proceso de Foucault, la lámina de vidrio se estira a través de un bloque refractario ranurado sumergido en la superficie de la piscina de este material y se lleva a un horno vertical de recocido, de donde sale para ser cortado en hojas.

Vidrio De Placa

Éste se produjo por primera vez en Saint Gobain (Francia) en 1668, vertiendo vidrio en una mesa de hierro y aplanándolo con un rodillo. Después del recocido, la lámina se bruñía y pulimentaba por ambos lados. Hoy, el vidrio de placa se fabrica pasando el material vítreo de forma continua entre dobles rodillos situados en el extremo de un crisol que contiene el material fundido. Después de recocer la lámina en bruto, ambas caras son acabadas de forma continua y simultánea.

En la actualidad, el bruñido y el pulimentado están siendo sustituidos por el proceso de vidrio flotante, más barato. En este proceso se forman superficies planas en ambas caras haciendo flotar una capa continua de vidrio sobre un baño de estaño fundido. La temperatura es tan alta que las imperfecciones superficiales se eliminan por el flujo del vidrio. La temperatura se hace descender poco a poco a medida que el material avanza por el baño de estaño y, al llegar al extremo, el vidrio pasa por un largo horno de recocido.

El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de los automóviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la colocación de una lámina de plástico transparente entre dos láminas finas de vidrio de placa. El plástico se adhiere al vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso después de un fuerte impacto.

Botellas Y Recipientes

Las botellas, tarros y otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un

segundo molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales.

Vidrio Óptico

La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico. Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie del lente.

En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de vidrio óptico, con menor costo y mayor calidad que el método anterior. Para los lentes sencillos se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.

Vidrio Fotosensible

En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.

Fibra De Vidrio

Es posible producir fibras de vidrio que pueden tejerse como las fibras textiles estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo.

Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas,

constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico.

Fabricación Del Vidrio

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación o por otro método.

Tratamiento Térmico Del Vidrio

Hay varios tratamientos térmicos a los que el vidrio se somete para provocar cambios quizá no tan dramáticos tecnológicamente, pero si mas importantes en el aspecto comercial; esos son el recocido y el templado

El Recocido

Los productos de vidrio, después de formados, tienen generalmente esfuerzos internos que reducen su resistencia. El recocido del vidrio se lleva a cabo para aliviar estos esfuerzos inconvenientes, en consecuencia, el tratamiento tiene la misma función en la fabricación de vidrio que en el trabajo con metales. El recocido involucra el calentamiento del vidrio a una temperatura elevada, se mantiene en esascondiciones por un cierto tiempo para eliminar los esfuerzos y los gradientes de temperatura, luego se somete a un enfriamiento lento para suprimir la formación de esfuerzos, seguido de un enfriamiento más rápido hasta temperatura ambiente. Las temperaturas mas comunes de recocido son del orden de 900 ºF (500 ºC). El tiempo durante el cual se mantiene el producto a la temperatura de recocido, así como las velocidades de calentamiento y enfriamiento durante el ciclo, dependen del espesor del vidrio.

Vidrio Templado y Productos Relacionados

En los productos de vidrio se puede desarrollar un modelo conveniente de esfuerzos internos por medio de un tratamiento térmico conocido como templado, el material resultante se llama vidrio templado. El templado incrementa la tenacidad del vidrio. El proceso involucra calentamiento del vidrio a una temperatura superior a su temperatura de recocido dentro del rango plástico, a este calentamiento le sigue un enfriamiento rápido de la superficie, que se realiza en un chorro generalmente. Al enfriarse la superficie se contrae y endurece, mientras el interior está todavía en una condición plástica y dócil. Al enfriarse lentamente, el vidrio interno se contrae, provocando que la superficie dura quede en compresión. Como todos los cerámicos, el vidrio es resistente al rayado y al rompimiento debido a los esfuerzos de compresión en su superficie.

Cuando el vidrio templado se rompe, lo hace desintegrándose en numerosos fragmentos pequeños que no cortan como los fragmentos del vidrio convencional para ventanas (recocido).

Acabado

Estas operaciones secundarias incluyen esmerilado, pulido y corte. En las láminas de vidrio producidas por estirado y laminado de lados opuestos no necesariamente son paralelos, en consecuencia, las superficies presentan defectos y ralladuras causadas por el uso de herramientas duras sobre el vidrio blando. Para la mayoría de sus aplicaciones comerciales estas hojas deben esmerilarse y pulirse.

En los procesos de fabricación de vidrio continuo, como producción de placas y tubos, las secciones continuas deben cortarse en piezas mas pequeñas, esto se realiza rayando primero el vidrio con una rueda o diamante de corte y luego rompiendo la sección a lo largo de la línea del rayado. El corte se hace generalmente conforme el vidrio sale del horno de recocido.

Reciclaje Del Vidrio

El vidrio es un material totalmente reciclable y no hay límite en la cantidad de veces que puede ser reprocesado. Al reciclarlo no se pierden las propiedades y se ahorra una cantidad de energía de alrededor del 30% con respecto al vidrio nuevo.

Para su adecuado reciclaje el vidrio es separado y clasificado según su tipo el cual por lo común está asociado a su color, una clasificación general es la que divide a los vidrios en tres grupos: verde, ámbar o café y transparente.

El proceso de reciclado después de la clasificación del vidrio requiere que todo material ajeno sea separado como son tapas metálicas y etiquetas, luego el vidrio es triturado y fundido junto con arena, hidróxido de sodio y caliza para fabricar nuevos productos que tendrán idénticas propiedades con respecto al vidrio fabricado directamente de los recursos naturales.

En algunas ciudades del mundo se han implementado programas de reciclaje de vidrio, en ellas pueden encontrarse contenedores especiales para vidrio en lugares público

Conclusión

En muchos países en desarrollo, es fabricado el acero de chatarra, en un horno de arco eléctrico.

La industria de acero es una de las más importantes en los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo. En los últimos, esta industria, a menudo, constituye la piedra angular de todo el sector industrial. Su impacto económico tiene gran importancia, como fuente de trabajo, y como proveedor de los productos básicos requeridos por muchas otras industrias: construcción, maquinaria y equipos, y fabricación de vehículos de transporte y ferrocarriles.

Durante la fabricación de hierro y acero se producen grandes cantidades de aguas servidas y emisiones atmosféricas. Si no es manejada adecuadamente, puede causar mucha degradación de la tierra, del agua y del aire En los siguientes párrafos, se presenta una descripción breve de los desperdicios generadas por los procesos de fabricación de hierro y acero.

Cuando nos referimos a las aleaciones ferrosas comprendimos que son aquellas que están compuestos por elementos metálicos en su estado natural pero que también son pocas utilizadas teniendo claro que para su fabricación se mezclan los elementos llevándolos a temperaturas en las cuales sus componentes fundan.

Para las aleaciones ferrosas existen tratamientos térmicos simples como el recocido intermedio, recocido normalizado, esferoidización mientras que los tratamientos térmicos isotérmicos se clasifican en: Revenido en la fase austenítica y recocido isotérmico y interrupción de la transformación isotérmica, y por último los tratamientos térmicos de templado y revenido se dividen en: Austenita retenida, esfuerzos residuales y agrietamientos y rapidez de templado.

Los tipos de aceros tienen muchas clasificamos pero resumidamente existen los aceros al carbono el cual es el más importante ya que más del 90% de los aceros son aceros al carbono y se clasifican en bajo, medio y altos, los aceros aleados que se clasifican en estructurales y de herramientas y estos se dividen en: De alta velocidad, para trabajo en caliente, para trabajo en frío, endurecibles con agua, resistentes al choque, para molde y de baja aleación, estos ultimo se reservan para aplicaciones especiales

También existen los aceros de baja aleación que entre sus principales aleantes tiene al cromo el cual le da mejora con la resistencia y la dureza y es uno de los más efectivos mientras que el molibdeno aumenta la tenacidad, y la dureza en caliente a la

termoinfluencia por citar dos aleantes y por último los aceros inoxidables son resistentes a la corrosión y se clasifican en austeniticos, ferriticos y martensiticos.

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre.

El vidrio se obtiene a unos 1.500 °C de arena de sílice (Si O 2), carbonato de sodio (Na2C O 3) y caliza (Ca C O 3).Existen muchos tipos de vidrio desde el que es útil para la fabricación de botellas hasta el de ventana y la fibra de vidrio.

Los cambios producidos por el tratamiento térmico se ven en el aspecto comercial mas no en lo tecnológico. El recocido del vidrio se lleva a cabo para aliviar inconvenientes como esfuerzos internos que reducen su resistencia en consecuencia, el tratamiento tiene la misma función en la fabricación de vidrio que en el trabajo con metales. El recocido involucra el calentamiento del vidrio a una temperatura elevada también existe el vidrio templado como proceso térmico.

Es importante resaltar el reciclaje del vidrio el cual es separado y clasificado según su tipo el cual por lo común está asociado a su color. En algunas ciudades del mundo se han implementado programas de reciclaje de vidrio.