MATERIA: TECNOLOGA INDUSTRIAL I. CURSO: 2012 2013.
BLOQUE III: MATERIALES.
TEMA 12. MATERIALES METLICOS: METALES FERROSOS O FRRICOS.
NDICE:
1. GENERALIDADES ACERCA DE LOS METALES.
1.1. Estructuras cristalinas. 1.2. Mecanismos de endurecimiento en metales.
1.3. Tratamientos de los metales para mejorar sus propiedades.
2. METALES FERROSOS O FRRICOS.
2.1. Tipos de metales ferrosos.
3. PROCESO SIDERRGICO.
3.1. Obtencin del mineral de hierro. 3.2. Obtencin del carbn de coque.
3.3. Sinterizacin del mineral de hierro.
3.4. Obtencin del arrabio (alto horno). 3.5. Transformacin del arrabio en acero.
3.6. Metalurgia secundaria. 3.7. Colada convencional.
3.8. Colada continua.
3.9. Laminacin del acero en caliente. 3.10. Laminacin del acero en fro.
3.11. Decapado. 3.12. Recocido.
3.13. Temperizado. 3.14. Recubrimientos de los aceros.
4. ACTIVIDADES DE SNTESIS. 5. RECURSOS WEB.
6. BIBLIOGRAFA.
Los metales han estado siempre presentes en la historia de la humanidad desde tiempos muy antiguos, hasta el punto de que su utilizacin preferente en distintas pocas ha servido de pauta para la denomi-
nacin de largos perodos del tiempo prehistrico: Edad del Cobre, Edad del Bronce o Edad del Hierro.
Adems de los metales utilizados tradicionalmente: plomo, estao, nquel, magnesio, etc., en la indus-
tria metalrgica moderna han hecho su aparicin, como consecuencia del desarrollo tecnolgico, nuevos metales (titanio, berilio, niobio, germanio, etc.) que hasta hace pocos aos se consideraban como una
mera curiosidad cientfica. Por ejemplo, el espectacular avance experimentado hoy en da por la explo-racin espacial se debe a las investigaciones realizadas en el campo de las aleaciones de titanio y carbu-
ro de boro.
Los metales ferrosos (materiales derivados del hierro) han ocupado (armas, corazas, herramientas...) y
ocupan actualmente (puentes, estructuras en la construccin...) un lugar preferente en el conjunto de los materiales metalrgicos, como pone de manifiesto el hecho de que su produccin mundial sea 20
veces superior a la del resto de los metales. Esta supremaca del hierro se debe, sin duda, a la gran
diversidad de materiales que se pueden obtener a partir de l mediante distintos procesos y operacio-nes, y justifica por s misma el porqu de su estudio en este Tema.
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1. GENERALIDADES ACERCA DE LOS METALES.
Todos los metales, excepto el mercurio (lquido a temperatura ambiente), poseen unas caractersticas comunes derivadas de su estructura interna, que a su vez es consecuencia de la particularidad propia del
enlace metlico.
Algunas de estas caractersticas son las siguientes:
Elevada conductividad trmica y elctrica.
Considerable resistencia mecnica. Gran plasticidad; es decir, considerable capacidad de deformacin antes de la rotura.
Elevada maleabilidad (capacidad de laminacin).
Carcter reciclable, ya que se pueden fundir y conformar de nuevo.
1.1. Estructuras cristalinas.
Los cuerpos slidos se pueden presentar en dos estados fundamentales:
Cristalino. Cuando estn constituidos por tomos perfectamente ordenados en el espacio. En este
grupo se encuentran englobados los metales, los materiales cermicos y algunos polmeros que poseen regularidad suficiente.
Amorfo. Cuando solamente presentan una ordenacin espacial a corta distancia. Es el caso de los vidrios y de los polmeros vtreos.
La estructura espacial de un slido cristalino se
construye a partir de una unidad repetitiva o celda unidad, representada de forma genrica en la figu-
ra, y que se define mediante:
Las distancias a, b y c, que son las
aristas del paraleleppedo.
Los tres ngulos , y que for-man entre s dichas aristas.
Celda unidad.
Segn los valores de estas aristas y ngulos, existen siete sistemas cristalinos diferentes (siete formas geomtricas distintas de la celda unidad), que aparecen recogidos en la siguiente tabla:
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En los vrtices de estas celdas unidad se sitan los tomos. La repeticin de las celdas en el espacio da
lugar a las llamadas redes cristalinas simples.
Tambin existe la posibilidad de situar tomos en los centros de las celdas (red cristalina centrada) o de
las caras (red cristalina de caras centradas).
Conviene destacar que la mayor parte de los metales de inters industrial nicamente cristalizan en tres
tipos de redes:
Cbica centrada en el cuerpo (que se designa abreviadamente por BCC).
Cbica centrada en las caras (FCC).
Hexagonal compacta (HCP).
En la siguiente tabla se muestra el tipo de red cristalina presente en algunos metales y la dimensin fun-
damental de la celda.
1.1.1. Soluciones slidas. En los tres tipos de redes cristalinas frecuentes en los metales (BCC, FCC y HCP) existen una serie de
huecos en los que se pueden introducir tomos extraos a la red, originndose de esta forma las llama-das soluciones slidas de insercin.
Tambin se pueden formar otro tipo de soluciones slidas, llamadas de sustitucin, en las que los tomos extraos desplazan a los originales de sus posiciones.
Ambos tipos de soluciones no son ms que aleaciones de dos metales.
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Se dice que dos metales en estado slido son solubles entre s cuando en la red cristalina de uno de ellos
algunos de sus tomos se pueden sustituir por tomos del otro metal (sustitucin) o se pueden insertar
en los huecos interatmicos de la red (insercin).
Para que dos metales se puedan alear por sustitucin en cualesquiera proporciones es preciso que se cumplan una serie de requisitos; por ejemplo, que los tamaos de los tomos de los dos metales sean
semejantes y que ambos cristalicen en la misma red.
Huecos (octa y tetradrico) en la red FCC.
1.1.2. Defectos en la red cristalina. En las redes cristalinas de los metales existen una serie de imperfecciones o defectos de distinto tipo:
Imperfecciones puntuales debidas a tomos del mismo o de otro metal situados en un punto que
no pertenece a la red (tomos intersticiales), o a lugares vacantes, que son puntos de la red vacos.
Imperfecciones lineales (denominadas tambin dislocaciones), que disminuyen la resistencia
mecnica de los metales. Estas imperfecciones son las causantes de la deformacin plstica en los meta-les.
Imperfecciones superficiales. Si bien la estructura de un material cristalino es una red tridimensio-
nal homogneamente ordenada, la de un metal o aleacin est compuesta por mltiples zonas ordena-
das, dispuestas de tal forma que sus ejes cristalogrficos respectivos no coinciden entre s. A estas zonas se las denomina cristales o granos, y a la zona lmite entre dos de ellos (imperfeccin a nivel superfi-
cial) se la conoce como junta de grano.
Imperfecciones puntuales: A) Vacante B) tomo intersticial
C) tomo extrao. Dislocacin tipo cua. Junta de grano.
La formacin de granos en el interior de los metales se produce durante el proceso de solidificacin.
Cuando se enfra un metal en estado lquido, llega un momento en que los tomos comienzan a ordenar-
se en el espacio; es decir, comienza la cristalizacin, verificndose simultneamente desde varios puntos en el interior del material. De ah que, una vez concluida la cristalizacin, existan diversas zonas ordena-
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das que estn separadas por juntas de grano.
La forma de los granos en un metal es habitualmente equixica; es decir, no existe ninguna dimensin que prevalezca sobre las dems. Aunque si el material se ha deformado en fro, por ejemplo mediante
laminacin, los granos pueden adoptar formas alargadas.
La orientacin de los granos es habitualmente aleatoria, originndose de esta manera materiales is-
tropos (con las mismas propiedades en todas las direcciones). En ocasiones, debido a procesos de de-formacin plstica (laminacin, estirado, extrusin), se observa en los granos una orientacin preferente.
En algunos casos esta orientacin preferente -que da lugar a un material anistropo- resulta de utili-dad, como sucede en las chapas para la fabricacin de ncleos magnticos de bobinas y transformadores
elctricos.
Estructura granular de un metal.
1.2. Mecanismos de endurecimiento en metales.
El creciente desarrollo tecnolgico exige materia
