dimarts, 26 d’abril del 2011
Así se hace el acero
Patrocinado por Corporación de Aceros Arequipa (Perú), elige bien, elige seguridad.
Exercicis obligatoris
Volem determinar la composició d’un aliatge bismut i cadmi que:
a) Es comenta a solidificar als 250º.
b) Es comença a fondre als 140º
c) Esta totalment líquid a partir dels 300º
d) Es fon totalment als 140º
a) 30% Bismut, 70% Cadmi ó 90% Bismut i 10% Cadmi
b) Tots
c) Tots els que superen el 10% de bismut.
d) Tots
Antigament per obtenir el ferro i l’acer eren utilitzats un altres enginys diferents a l’alt forn. Un d’aquests va ser conegut com la farga catalana. Investiga en que cosistia aquest procediment i redacta un petit informe.
Quin serà el pes Gb d’una biga de llargària L= 3.05m feta amb un acer de perfil normalitzat IPN 240.
36.2 x 3.05 x 9.8 = 1082,018N
Si les parets d’un alt forn són d’acer perques no es fonen amb les temperatures tan elevades a les que estan sotmeses.
Perquè estan recobertes d’acer refractaris.
Quina realitza la pedra calcaria en el procés d’obtenció del ferro colat a l’alt forn.
Treure les impureses del ferro convertir-lo en escòria.
Defineix els conceptes següents referits als processos d’obtenció de productes siderúrgics: reducció, deshidratació, fusió, carburació i descarburació.
Reducció: treure-li l’oxigen.
Deshidratació: eliminar d’humitat que pugui tenir el ferro amb efecte de l’escalfor.
Fusió: fondre’l portar-ho de fase solida a fase líquida.
Carburació: en funció del tipus d’acer que vulguem aconseguir li afegirem mes o menys carboni.
Descarburació: treure carboni.
1. La composició de bronze és 88% coure, 2% de zinc i10% estany. En l’obtenció d’aquest bronze, quant zinc cal per aliar-lo amb 100kg de coure?
c)2.273
2. El monel K-500 és un aliatge de composició 54% níquel, 30% coure i 6% altres components. Quant níquel es necessita per aliar-lo amb 240 kg de coure?
c)512kg
3. Les fases per les quals passen les matèries primeres en un alt forn són ordenadament:
c) Deshidratació, reducció, carburació i fusió.
4. en un alt forn la pedra calcària (CaCO3) te la funció principal de:
d) formar l’escòria amb els components de la ganga.
5. L’aliatge eutectic es aquell en què:
a) tot el material es fon a la mateixa temperatura.
6. Si refredem lentament una mostra de ferro pur que es troba a 1200º, obtindrem ferro sòlid de la varietat:
a) alfa
7. Si refredem ràpidament una mostra de ferro pur que es troba a 800º obtindrem ferro sòlid de la varietat:
b) beta
10. Un aliatge de ferro amb 2.8% de carboni és util per a:
c) emmotllar
14. Quina funció comuna realitzen els convertidors i els forns elèctrics?
El que duen a terme es el procés de descarburació.
15. Quina es la diferencia fonamental entre un convertidor i un forn elèctric?
El convertidor no necessita energia externa gràcies a l’oxigen mentre que l’elèctric sí.
16 .Una estructura en armadura metal•lica consta de 215 elements de L = 1.3m cadascú. Si el elements són de perfils d’acer normalitzats IPN 360,
a) Quin serà el pes G de l’estructura?
76.1x1.3x215= 21269.95kg
b) Quin volum de pintura V (en L) caldrà utilitzar per protegir-la de la corrossió si el seu rendiment és r= 8m2/L?
(1.21x1.3x215)/8= 42.27L
c)quants enasos de 10L caldrà adquirir?
42.27/10= 4.23= 5 pots
La martensita
Exercisis opcionals
1. En una mina de l'estat de Missouri (EUA) s'extreu galenaa (PbS) amb una riquesa del 86.6% de Pb. Quina quantitat de plom podem obtenir a partir de 10 t de mineral?
x = 86.6*10/100 = 8.66 t
3. Com varien les propietats mecàniques de l’acer en el tremp?
Utilitzant el metode del tremp s’aconsegueix un acer amb una duresa mes elevada i major resistència mecànica.
4. Una grua té una capacitat de càrrega màxima, Mmax=3000kg. quantes bigues IPN 380 de llargaria L=5m podrà aixecar simultàniament?
5m x 84.0 Kg/m = 420 Kg
3000 Kg / 420 Kg = 7.14 7 bigues
6. el Zamak-5 és un aliatge molt utilitzat per fabricar peces amb el procediment de la injecció de fosa a pressió. La seva composició, segons la norma UNE-EN 1774, és: 84% Al (alumini), 1% Cu (coure), 0.05 Mg (magnesi) i la resta Zn (zinc). Quina massa de Zamak-5 es pot obtenir a partir de 200g de Mg (magnesi)?
x = 0.2*100/0.05 = 400Kg
a) Es comenta a solidificar als 250º.
b) Es comença a fondre als 140º
c) Esta totalment líquid a partir dels 300º
d) Es fon totalment als 140º
a) 30% Bismut, 70% Cadmi ó 90% Bismut i 10% Cadmi
b) Tots
c) Tots els que superen el 10% de bismut.
d) Tots
Antigament per obtenir el ferro i l’acer eren utilitzats un altres enginys diferents a l’alt forn. Un d’aquests va ser conegut com la farga catalana. Investiga en que cosistia aquest procediment i redacta un petit informe.
Quin serà el pes Gb d’una biga de llargària L= 3.05m feta amb un acer de perfil normalitzat IPN 240.
36.2 x 3.05 x 9.8 = 1082,018N
Si les parets d’un alt forn són d’acer perques no es fonen amb les temperatures tan elevades a les que estan sotmeses.
Perquè estan recobertes d’acer refractaris.
Quina realitza la pedra calcaria en el procés d’obtenció del ferro colat a l’alt forn.
Treure les impureses del ferro convertir-lo en escòria.
Defineix els conceptes següents referits als processos d’obtenció de productes siderúrgics: reducció, deshidratació, fusió, carburació i descarburació.
Reducció: treure-li l’oxigen.
Deshidratació: eliminar d’humitat que pugui tenir el ferro amb efecte de l’escalfor.
Fusió: fondre’l portar-ho de fase solida a fase líquida.
Carburació: en funció del tipus d’acer que vulguem aconseguir li afegirem mes o menys carboni.
Descarburació: treure carboni.
1. La composició de bronze és 88% coure, 2% de zinc i10% estany. En l’obtenció d’aquest bronze, quant zinc cal per aliar-lo amb 100kg de coure?
c)2.273
2. El monel K-500 és un aliatge de composició 54% níquel, 30% coure i 6% altres components. Quant níquel es necessita per aliar-lo amb 240 kg de coure?
c)512kg
3. Les fases per les quals passen les matèries primeres en un alt forn són ordenadament:
c) Deshidratació, reducció, carburació i fusió.
4. en un alt forn la pedra calcària (CaCO3) te la funció principal de:
d) formar l’escòria amb els components de la ganga.
5. L’aliatge eutectic es aquell en què:
a) tot el material es fon a la mateixa temperatura.
6. Si refredem lentament una mostra de ferro pur que es troba a 1200º, obtindrem ferro sòlid de la varietat:
a) alfa
7. Si refredem ràpidament una mostra de ferro pur que es troba a 800º obtindrem ferro sòlid de la varietat:
b) beta
10. Un aliatge de ferro amb 2.8% de carboni és util per a:
c) emmotllar
14. Quina funció comuna realitzen els convertidors i els forns elèctrics?
El que duen a terme es el procés de descarburació.
15. Quina es la diferencia fonamental entre un convertidor i un forn elèctric?
El convertidor no necessita energia externa gràcies a l’oxigen mentre que l’elèctric sí.
16 .Una estructura en armadura metal•lica consta de 215 elements de L = 1.3m cadascú. Si el elements són de perfils d’acer normalitzats IPN 360,
a) Quin serà el pes G de l’estructura?
76.1x1.3x215= 21269.95kg
b) Quin volum de pintura V (en L) caldrà utilitzar per protegir-la de la corrossió si el seu rendiment és r= 8m2/L?
(1.21x1.3x215)/8= 42.27L
c)quants enasos de 10L caldrà adquirir?
42.27/10= 4.23= 5 pots
La martensita
Exercisis opcionals
1. En una mina de l'estat de Missouri (EUA) s'extreu galenaa (PbS) amb una riquesa del 86.6% de Pb. Quina quantitat de plom podem obtenir a partir de 10 t de mineral?
x = 86.6*10/100 = 8.66 t
3. Com varien les propietats mecàniques de l’acer en el tremp?
Utilitzant el metode del tremp s’aconsegueix un acer amb una duresa mes elevada i major resistència mecànica.
4. Una grua té una capacitat de càrrega màxima, Mmax=3000kg. quantes bigues IPN 380 de llargaria L=5m podrà aixecar simultàniament?
5m x 84.0 Kg/m = 420 Kg
3000 Kg / 420 Kg = 7.14 7 bigues
6. el Zamak-5 és un aliatge molt utilitzat per fabricar peces amb el procediment de la injecció de fosa a pressió. La seva composició, segons la norma UNE-EN 1774, és: 84% Al (alumini), 1% Cu (coure), 0.05 Mg (magnesi) i la resta Zn (zinc). Quina massa de Zamak-5 es pot obtenir a partir de 200g de Mg (magnesi)?
x = 0.2*100/0.05 = 400Kg
dimarts, 29 de març del 2011
Volem determinar la composició d’un aliatge bismut i cadmi que:
a) Es comenta a solidificar als 250º.
b) Es comença a fondre als 140º
c) Esta totalment líquid a partir dels 300º
d) Es fon totalment als 140º
a) 30% Bismut, 70% Cadmi ó 90% Bismut i 10% Cadmi
b) Tots
c) Tots els que superen el 10% de bismut.
d) Tots
a) Es comenta a solidificar als 250º.
b) Es comença a fondre als 140º
c) Esta totalment líquid a partir dels 300º
d) Es fon totalment als 140º
a) 30% Bismut, 70% Cadmi ó 90% Bismut i 10% Cadmi
b) Tots
c) Tots els que superen el 10% de bismut.
d) Tots
dijous, 24 de març del 2011
DURALUMINIO
El Duraluminio pertenece al grupo de los llamados aleaciones ligeras, que son aquellos aleaciones hechos a partir de aluminio. Las aleaciones ligeras pueden contener, además de aluminio, uno, dos o más elementos de aleación. Los elementos de aleación que intervienen principalmente son el cobre, el silicio, el magnesio, el manganeso y el zinc. También pueden intervenir otros elementos, como el níquel, el cromo, el cobalto y el titanio, pero siempre con proporciones inferiores al 1%.
Las aleaciones ligeras se pueden clasificar en función de la utilización industrial que se haga:
- Aleaciones ligeras para fusión y moldeo: especialmente destinados a la obtención de piezas por fusión y moldeo; como bloques motores, carburadores, etc.
- Aleaciones ligeras para forja y laminación: especialmente destinados a la fabricación de piezas por deformación en frío o en caliente, algunos admiten tratamientos térmicos como el temple y la recocido. Podemos encontrar aplicaciones típicas en la construcción aeronáutica y la naval.
El duraluminio, pertenece a este último grupo, y es uno de los aleaciones más utilizados. Su composición es de 95% aluminio, 4% de cobre, 0,5% de magnesio y 0,5% de manganeso. Esta aleación se trabaja en caliente (400 º C) para darle forma, después se somete a temple (calentamiento a 500 º C y enfriamiento rápido en agua) y posteriormente, después de unos cuatro días, se somete a recocido (400 º C) . Este material tiene muy buenas propiedades mecánicas y una baja densidad.
Las aleaciones ligeras se pueden clasificar en función de la utilización industrial que se haga:
- Aleaciones ligeras para fusión y moldeo: especialmente destinados a la obtención de piezas por fusión y moldeo; como bloques motores, carburadores, etc.
- Aleaciones ligeras para forja y laminación: especialmente destinados a la fabricación de piezas por deformación en frío o en caliente, algunos admiten tratamientos térmicos como el temple y la recocido. Podemos encontrar aplicaciones típicas en la construcción aeronáutica y la naval.
El duraluminio, pertenece a este último grupo, y es uno de los aleaciones más utilizados. Su composición es de 95% aluminio, 4% de cobre, 0,5% de magnesio y 0,5% de manganeso. Esta aleación se trabaja en caliente (400 º C) para darle forma, después se somete a temple (calentamiento a 500 º C y enfriamiento rápido en agua) y posteriormente, después de unos cuatro días, se somete a recocido (400 º C) . Este material tiene muy buenas propiedades mecánicas y una baja densidad.
ORO BLANCO
El oro blanco o electro es una aleación de oro y algún otro metal blanco, como la plata, paladio, o níquel, muchas veces recubierta de rodio de alto brillo (acabado espejo), debido al brillo ligeramente apagado del metal resultante en algunas mezclas. Esta aleación es muy usada en joyería, especialmente como alternativa barata para el platino, pues llega a costar un tercio de lo que costaría la misma cantidad de éste. Una mezcla que fue muy usada por un tiempo, contiene dos a cuatro partes de oro y una parte de plata. [cita requerida] No confundir con el platino, otro metal bastante más caro.
Quilates:
El oro en estado puro es el de 24 quilates, pero es demasiado dúctil y blando, por lo que no es adecuado en joyería. Según la Asociación Española de Joyeros, Plateros y Relojeros, el más utilizado en España es el de 18 quilates, conocido como 'oro de primera ley', y contiene un 75% de oro puro y un 25% de otros metales. La aleación más noble y costosa es con paladio, que lo aclara y le aporta un tono blancuzco, conocido como 'oro blanco', similar a cuando se emplea la plata.
Algunas personas (aproximadamente el 13,5%) son sensibles o alérgicas al oro blanco. Esto ocurre a causa de la reacción del níquel que contienen algunas aleaciones. Las reacciones suelen ser leves y son sólo erupciones. Sin embargo, actualmente se elaboran aleaciones que reducen las probabilidades de irritar la piel.
Quilates:
El oro en estado puro es el de 24 quilates, pero es demasiado dúctil y blando, por lo que no es adecuado en joyería. Según la Asociación Española de Joyeros, Plateros y Relojeros, el más utilizado en España es el de 18 quilates, conocido como 'oro de primera ley', y contiene un 75% de oro puro y un 25% de otros metales. La aleación más noble y costosa es con paladio, que lo aclara y le aporta un tono blancuzco, conocido como 'oro blanco', similar a cuando se emplea la plata.
Algunas personas (aproximadamente el 13,5%) son sensibles o alérgicas al oro blanco. Esto ocurre a causa de la reacción del níquel que contienen algunas aleaciones. Las reacciones suelen ser leves y son sólo erupciones. Sin embargo, actualmente se elaboran aleaciones que reducen las probabilidades de irritar la piel.
Problemes
El material amb que s'ha elaborat un objecte de bronze te la composició següent 91.8% Coure, 8% Estany, 0.2% Fosfor.
a) La quantitat de coure Mcu que conté l'objecte si te una massa de 3Kg.
b) La quantitat de Fosfor necessari per obtenir 1300Kg d'aliatge.
c) La quantitat d'añiatge que es pot obtenir amb sis Kg d'Estany.
a) La quantitat de coure Mcu que conté l'objecte si te una massa de 3Kg.
b) La quantitat de Fosfor necessari per obtenir 1300Kg d'aliatge.
c) La quantitat d'añiatge que es pot obtenir amb sis Kg d'Estany.
dilluns, 21 de març del 2011
El procés metal•lúrgic
De tots els materials utilitzats per l’esser humà, un dels mes importants per el desenvolupament tecnològic han estat els metalls. La seva obtenció no ha estat mai un procés fàcil. Per obtenir els metalls cal seguir un procés similar al següent:
Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metalls d’altres que l’acompanyen.
Metal•lúrgia: Separació del metall d’altres elements amb els quals el metall es troba combinat químicament.
Indústries Metàl•liques: elaboració del metall obtingut per l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal•lúrgia. Actualment també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els minerals
Els compostos més comuns que formen combinant els minerals químicament són: òxids, sulfurs i carbonats.
Un mineral està format per una part aprofitable i rica en el metall buscat, anomenada mena, i per una altra no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
Per separar el metall d’altres elements calen processos químics aplicats amb temperatures elevades. En el cas dels òxids per exemple, cal un element que sigui capaç de combinar-se amb l’oxigen del mineral per tal d’aïllar el metall. Aquesta reacció química es coneix amb el nom de reducció.
Un mineral es forma per una part aprofitable del metall que es busca anomenada mena i per una altra part no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
El primer procés després de l’extracció és l’enriquiment i consisteix en la màxima possible separació d’aquests dos components (mena i ganga). No sempre és econòmicament aprofitable la separació d’aquest metall.
Els aliatges
Els metalls es caracteritzen per tenir una elevada conductivitat, tan elèctrica com tèrmica, una gran resistència mecànica, ser opacs i lluents i fondre’s a temperatures elevades.
Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.
Solidificació dels aliatges
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió. Mentre que es solidifica el metall la temperatura es constant i quan s’ha solidificat completament disminueix de forma constant. No obstant això la temperatura dels aliatges no es fixa, depèn de les proporcions del metall en aquests.
• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.
• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la massa en fase sòlida i l’altra part en fase líquida.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de sòlid, l’aliatge sempre es trobarà en fase sòlida.
---
Per a una determinada proporció de la mescla, es pot definir una temperatura per sota de la qual tot aliatge es trobarà en fase sòlida, un interval de temperatures en el que l’aliatge es trobarà en dues fases (sòlida+líquida) i una temperatura a partir de la qual tot l’aliatge es trobarà en fase líquida.
Hi ha aliatges que tenen un diagrama d’equilibri diferent de l’anterior. Es tracta d’aliatges en el que els components són totalment solubles en estat líquid i insolubles en estat sòlid.
En aquests aliatges els diagrames d’equilibri presenten una línia mínima a la línia de líquids. La proporció que correspon a aquest punt és molt important i s’anomena proporció eutèctica. Paral•lelament el punt s’anomena punt eutèctic i la temperatura que li correspon es coneix amb el nom de temperatura eutèctica.
Els aliatges de proporcions eutèctiques són importants :
• Temperatura de solidificació constant (en lloc de fer-lo amb un interval.
• La temperatura de solidificació o de fusió és la més baixa de totes les possibles amb els component que formen la mescla.
• Són mescles finíssimes i intimes de cristalls purs ideals per fabricar peces per a emmotllament perquè omplen millor els motllos i donen peces més homogènies.
Els productes metal•lúrgics
Actualment la indústria disposa d’una gran varietat de productes metal•lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests materials, que poden ser metalls purs o aliatges els més utilitzats són els que es mencionen a la taula:
El ferro i els seus aliatges
anomenem ferro a gran varietat d’aliatges però en realitat el ferro put no té aplicacions industrials ja que té les següents característiques:
– Punt de fusió: 1539 ºC.
– Color: blanc grisós.
– Densitat: 7.87 g/cm3.
– Propietats mecàniques: dúctil i mal•leable.
– Altres propietats: és conductor i magnetitzable.
Industrialment s’anomena ferro pur l’aliatge ferro carbònic quan al contingut d’aquest últim és inferior al 0.03%. L’aplicació industrial del ferro pur és per les seves propietats magnètiques (xapes, per a nuclis de transformadors elèctrics).
Solidificació del ferro.
• Comença desde la fase líquida.
• Varietats al•lotròpiques:
– Delta: 1539 ºC – massa sòlida.
– Gamma: 1539 - 1390 ºC – Massa cristal•lina.
– Beta: 1390 - 900 ºC.
– Alfa: 900 - 750 ºC.
Les varietats al•lotròpiques són les propietats que tenen uns materials en funció de la seva distribució d’àtoms. Aquestes propietats en el ferro es representen mitjançant les 4 primeres lletres de l’alfabet grec.
Aliatges ferro-carbònic
La combinació del ferro en una de les varietats al•lotròpiques, una forma del carboni i la velocitat de refredament s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.
Els productes siderúrgics: acers i fosses.
El ferro és útil quan s’alia amb el carboni i dona lloc a acers i fosses. Són acers el aliatges de ferro amb carboni quan el contingut d’aquest oscil•la entre el 0.1 i 1.76%, i fosses quan el contingut de carboni esta entre el 1.76 i 6.67% + silici. Per donar forma als metalls es fan servir diversos procediments:
• Forja: massa sòlida de metall entre dues meitats d’un motllo i aplicant un esforç de compressió fins que adopta la seva forma.
• Emmotllament: introducció d’un metall en fase líquida a l’interior d’un motlle tancat i desmuntar-lo un cop sòlid.
En general es pot dir que l’acer es forjable i fon a temperatures elevades per sobre de 1400ºC. En canvi, la fossa no es forjable, fon a temperatures més baixes 1130ºC.
Els elements d’aliatges s’afegeixen voluntàriament per millorar les propietats de l’aliatge (crom, vanadi, níquel)
Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant el procés de l’aliatge i provoquen un empitjorament de les propietats, s’anomenen impureses (antimoni, arsènic, estany, hidrogen, oxigen)
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro colat i de l’acer.
El ferro és després de l’alumini el metall més abundant de l’escorça terrestre. Es troba combinat amb minerals formant diferents compostos químics.
Com que el ferro es troba en el mineral en forma oxidada en el procés d’obtenció del ferro haurem de separar l’oxigen del metall, aquesta operació s’anomena reducció del metall. El principal element reductor en siderúrgia es el carboni.
La obtenció de l’acer i les fosses és un procés que consta de dues fases. La primera comença amb la seva obtenció i la segona amb les seves respectives separacions.
Obtenció de l’acer
Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat de l’alt forn. També conté moltes impureses que el fan més fràgil (fòsfor) i mal•leable(sofre).
Per aquest procés es poden utilitzar dues instal•lacions (l’una o l’altra)
1.- Convertidor: s’introdueix el ferro colat líquid (no hi ha escalfament extern ni combustió del carbó)
2.- Forn: hi ha un escalfament extern amb l’ajuda de la combustió d’un gas o per la producció d’un arc voltaic (forn elèctric)
Convertidor d’oxigen.
Recipient cilíndric i tronc cònic revestit interiorment per ceràmica refractària.
Procés: s’introdueix el ferro colat, ferralla i calç (òxid de calci) i s’injecta oxigen a pressió. (això disminueix el contingut de carboni i impureses al ferro colat.
El ferro colat es combina amb l’oxigen i desprèn calor. El silici es combina amb l’oxigen i ens dona l’escòria. El fòsfor combinat amb l’oxigen i després amb la calç ens dona origen a l’escòria. Amb el calor que es produeix els materials es mantenen líquids durant tot el procés. Durant el procés podem regular els materials per obtenir l’acer que es vol. (afegint mes o menys ferralla i/o calç.) L’escòria s’utilitza per fertilitzar els camps de conreu.
El forn elèctric
Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua internament recobert per ceràmica refractària. Aquest recipient es tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals se’ls aplica un fort corrent elèctric.
Procés: dins del forn s'introdueixen totes les matèries (ferro colat en estat líquid, ferralla i calç).
- Ferralla: ens aporta l'oxigen necessari, perquè és ferro oxidat.
- Calç: ens aporta el silici per formar l'escòria.
Apliquem descàrregues elèctriques per augmentar la temperatura. Afegim o traiem més ferralla i/o més calç per assolir l'acer desitjat. Colem l'acer en motlles.
El forn elèctric permet un control molt precís de la temperatura i composició de l'acer.
Formes comercials dels acers
Quan surten del convertidor o els forns, els acers es troben en fase líquida. Per ser comercialitzats cal solidificar-los amb la forma adequada. Per a fer-lo hi ha dos procediments:
• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. D’aquesta manera s’obté un lingot.
• Colar-los en uns canals per on donem forma de barra de secció rectangular mentre circulen fins a la secció de laminatge, on es deixen refredar totalment.
Actualment el primer procediment està en desús. El segon procés estalvia energia ja que no cal escalfar l’acer dos cops. Les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades, hi ha organismes internacionals que fixen les característiques d’aquest productes i els donen una denominació per distingir-los.
Les indicacions següents serveixen per interpretar la informació subministrada pel fabricant:
Densitat lineal: massa que té el perfil per unitat de llargària. G (kg/m)
Secció del perfil: la superfície de tall transversal. A(mm2)
Superfície lineal: la superfície total exterior per cada unitat de llargària. AL (m2/m)
Superfície màssica: la superfície total exterior per cada tona de massa. Ag (m2/t)
4- Tractaments tèrmics.
La importància de l’acer en el món de la indústria està justificada ja que és un material que ens proporciona una gran varietat de propietats amb el mateix material. Una gran part d’aquestes propietats es deguda als tractaments tèrmics (tractament en que es sotmet l’acer a uns canvis controlats de temperatura). Hi ha 4 tipus:
• El tremp: s’utilitza per aconseguir acer amb una elevada duresa i resistència mecànica, du una gran proporció de martensita. La martensita és un constituent. El tractament del tremp consisteix en escalfar l’acer fins que es transforma en austenita. I refredament ràpid perquè tota austenita es transformi en martensita.
segons la velocitat de refredament es fan servir diversos mitjans: aigua, minerals, plom fos, mercuri, sals fosses, aire a temperatura ambient.
• Revingut: s’augmenta la tenacitat i es disminueixen les tensions internes, però es redueixen la duresa, la resistència mecànica i el límit elàstic. Escalfament a temperatures inferior al 723ºC i un refredament posterior a l’aire.
S’aconsegueix:
o Tenacitat.
o Reducció de tensions internes.
o Menys duresa, resistència mecànica i límit elàstic.
• Recuita: serveix per disminuir la duresa i augmentar la plasticitat. Consisteix en escalfar a temperatura elevada i refredar lentament. Es diferencien 4 tipus de recuita segons la temperatura màxima a la que ha estat sotmesa i la velocitat de refredament.
o De regeneració: carboni > 0.6%
o Globular supercrítica: Acers aliats i eines. Tª màx. superior a la formació d’austenita.
o Estovament: Similar al revingut però en peces no trempades prèviament. Resistència.
o Contra acritud: S’elimina l’acritud produïda durant els processos de conformació en fred.
*S’utilitza per:
– Disminuir la duresa.
– Augmentar la plasticitat.
• Fàcilment deformable i, per tant, treballable
• Normalitzat: tractament que només s’aplica als acers amb un baix continngut de carboni (0.15% i 0.5%). Serveix per suprimir tensions internes i serveis per reduir la gràndaria dels grans de l’hacer millorant les seves propietats mecàniques.
----
.
Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metalls d’altres que l’acompanyen.
Metal•lúrgia: Separació del metall d’altres elements amb els quals el metall es troba combinat químicament.
Indústries Metàl•liques: elaboració del metall obtingut per l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal•lúrgia. Actualment també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els minerals
Els compostos més comuns que formen combinant els minerals químicament són: òxids, sulfurs i carbonats.
Un mineral està format per una part aprofitable i rica en el metall buscat, anomenada mena, i per una altra no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
Per separar el metall d’altres elements calen processos químics aplicats amb temperatures elevades. En el cas dels òxids per exemple, cal un element que sigui capaç de combinar-se amb l’oxigen del mineral per tal d’aïllar el metall. Aquesta reacció química es coneix amb el nom de reducció.
Un mineral es forma per una part aprofitable del metall que es busca anomenada mena i per una altra part no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
El primer procés després de l’extracció és l’enriquiment i consisteix en la màxima possible separació d’aquests dos components (mena i ganga). No sempre és econòmicament aprofitable la separació d’aquest metall.
Els aliatges
Els metalls es caracteritzen per tenir una elevada conductivitat, tan elèctrica com tèrmica, una gran resistència mecànica, ser opacs i lluents i fondre’s a temperatures elevades.
Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.
Solidificació dels aliatges
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió. Mentre que es solidifica el metall la temperatura es constant i quan s’ha solidificat completament disminueix de forma constant. No obstant això la temperatura dels aliatges no es fixa, depèn de les proporcions del metall en aquests.
• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.
• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la massa en fase sòlida i l’altra part en fase líquida.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de sòlid, l’aliatge sempre es trobarà en fase sòlida.
---
Per a una determinada proporció de la mescla, es pot definir una temperatura per sota de la qual tot aliatge es trobarà en fase sòlida, un interval de temperatures en el que l’aliatge es trobarà en dues fases (sòlida+líquida) i una temperatura a partir de la qual tot l’aliatge es trobarà en fase líquida.
Hi ha aliatges que tenen un diagrama d’equilibri diferent de l’anterior. Es tracta d’aliatges en el que els components són totalment solubles en estat líquid i insolubles en estat sòlid.
En aquests aliatges els diagrames d’equilibri presenten una línia mínima a la línia de líquids. La proporció que correspon a aquest punt és molt important i s’anomena proporció eutèctica. Paral•lelament el punt s’anomena punt eutèctic i la temperatura que li correspon es coneix amb el nom de temperatura eutèctica.Els aliatges de proporcions eutèctiques són importants :
• Temperatura de solidificació constant (en lloc de fer-lo amb un interval.
• La temperatura de solidificació o de fusió és la més baixa de totes les possibles amb els component que formen la mescla.
• Són mescles finíssimes i intimes de cristalls purs ideals per fabricar peces per a emmotllament perquè omplen millor els motllos i donen peces més homogènies.
Els productes metal•lúrgics
Actualment la indústria disposa d’una gran varietat de productes metal•lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests materials, que poden ser metalls purs o aliatges els més utilitzats són els que es mencionen a la taula:
El ferro i els seus aliatges
anomenem ferro a gran varietat d’aliatges però en realitat el ferro put no té aplicacions industrials ja que té les següents característiques:
– Punt de fusió: 1539 ºC.
– Color: blanc grisós.
– Densitat: 7.87 g/cm3.
– Propietats mecàniques: dúctil i mal•leable.
– Altres propietats: és conductor i magnetitzable.
Industrialment s’anomena ferro pur l’aliatge ferro carbònic quan al contingut d’aquest últim és inferior al 0.03%. L’aplicació industrial del ferro pur és per les seves propietats magnètiques (xapes, per a nuclis de transformadors elèctrics).
Solidificació del ferro.
• Comença desde la fase líquida.
• Varietats al•lotròpiques:
– Delta: 1539 ºC – massa sòlida.
– Gamma: 1539 - 1390 ºC – Massa cristal•lina.
– Beta: 1390 - 900 ºC.
– Alfa: 900 - 750 ºC.
Les varietats al•lotròpiques són les propietats que tenen uns materials en funció de la seva distribució d’àtoms. Aquestes propietats en el ferro es representen mitjançant les 4 primeres lletres de l’alfabet grec.
Aliatges ferro-carbònic
La combinació del ferro en una de les varietats al•lotròpiques, una forma del carboni i la velocitat de refredament s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.
Els productes siderúrgics: acers i fosses.
El ferro és útil quan s’alia amb el carboni i dona lloc a acers i fosses. Són acers el aliatges de ferro amb carboni quan el contingut d’aquest oscil•la entre el 0.1 i 1.76%, i fosses quan el contingut de carboni esta entre el 1.76 i 6.67% + silici. Per donar forma als metalls es fan servir diversos procediments:
• Forja: massa sòlida de metall entre dues meitats d’un motllo i aplicant un esforç de compressió fins que adopta la seva forma.
• Emmotllament: introducció d’un metall en fase líquida a l’interior d’un motlle tancat i desmuntar-lo un cop sòlid.
En general es pot dir que l’acer es forjable i fon a temperatures elevades per sobre de 1400ºC. En canvi, la fossa no es forjable, fon a temperatures més baixes 1130ºC.
Els elements d’aliatges s’afegeixen voluntàriament per millorar les propietats de l’aliatge (crom, vanadi, níquel)
Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant el procés de l’aliatge i provoquen un empitjorament de les propietats, s’anomenen impureses (antimoni, arsènic, estany, hidrogen, oxigen)
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro colat i de l’acer.
El ferro és després de l’alumini el metall més abundant de l’escorça terrestre. Es troba combinat amb minerals formant diferents compostos químics.
Com que el ferro es troba en el mineral en forma oxidada en el procés d’obtenció del ferro haurem de separar l’oxigen del metall, aquesta operació s’anomena reducció del metall. El principal element reductor en siderúrgia es el carboni.
La obtenció de l’acer i les fosses és un procés que consta de dues fases. La primera comença amb la seva obtenció i la segona amb les seves respectives separacions.
Obtenció de l’acer
Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat de l’alt forn. També conté moltes impureses que el fan més fràgil (fòsfor) i mal•leable(sofre).
Per aquest procés es poden utilitzar dues instal•lacions (l’una o l’altra)
1.- Convertidor: s’introdueix el ferro colat líquid (no hi ha escalfament extern ni combustió del carbó)
2.- Forn: hi ha un escalfament extern amb l’ajuda de la combustió d’un gas o per la producció d’un arc voltaic (forn elèctric)
Convertidor d’oxigen.
Recipient cilíndric i tronc cònic revestit interiorment per ceràmica refractària.
Procés: s’introdueix el ferro colat, ferralla i calç (òxid de calci) i s’injecta oxigen a pressió. (això disminueix el contingut de carboni i impureses al ferro colat.
El ferro colat es combina amb l’oxigen i desprèn calor. El silici es combina amb l’oxigen i ens dona l’escòria. El fòsfor combinat amb l’oxigen i després amb la calç ens dona origen a l’escòria. Amb el calor que es produeix els materials es mantenen líquids durant tot el procés. Durant el procés podem regular els materials per obtenir l’acer que es vol. (afegint mes o menys ferralla i/o calç.) L’escòria s’utilitza per fertilitzar els camps de conreu.
El forn elèctric
Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua internament recobert per ceràmica refractària. Aquest recipient es tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals se’ls aplica un fort corrent elèctric.
Procés: dins del forn s'introdueixen totes les matèries (ferro colat en estat líquid, ferralla i calç).
- Ferralla: ens aporta l'oxigen necessari, perquè és ferro oxidat.
- Calç: ens aporta el silici per formar l'escòria.
Apliquem descàrregues elèctriques per augmentar la temperatura. Afegim o traiem més ferralla i/o més calç per assolir l'acer desitjat. Colem l'acer en motlles.
El forn elèctric permet un control molt precís de la temperatura i composició de l'acer.
Formes comercials dels acers
Quan surten del convertidor o els forns, els acers es troben en fase líquida. Per ser comercialitzats cal solidificar-los amb la forma adequada. Per a fer-lo hi ha dos procediments:
• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. D’aquesta manera s’obté un lingot.
• Colar-los en uns canals per on donem forma de barra de secció rectangular mentre circulen fins a la secció de laminatge, on es deixen refredar totalment.
Actualment el primer procediment està en desús. El segon procés estalvia energia ja que no cal escalfar l’acer dos cops. Les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades, hi ha organismes internacionals que fixen les característiques d’aquest productes i els donen una denominació per distingir-los.
Les indicacions següents serveixen per interpretar la informació subministrada pel fabricant:
Densitat lineal: massa que té el perfil per unitat de llargària. G (kg/m)
Secció del perfil: la superfície de tall transversal. A(mm2)
Superfície lineal: la superfície total exterior per cada unitat de llargària. AL (m2/m)
Superfície màssica: la superfície total exterior per cada tona de massa. Ag (m2/t)
4- Tractaments tèrmics.
La importància de l’acer en el món de la indústria està justificada ja que és un material que ens proporciona una gran varietat de propietats amb el mateix material. Una gran part d’aquestes propietats es deguda als tractaments tèrmics (tractament en que es sotmet l’acer a uns canvis controlats de temperatura). Hi ha 4 tipus:
• El tremp: s’utilitza per aconseguir acer amb una elevada duresa i resistència mecànica, du una gran proporció de martensita. La martensita és un constituent. El tractament del tremp consisteix en escalfar l’acer fins que es transforma en austenita. I refredament ràpid perquè tota austenita es transformi en martensita.
segons la velocitat de refredament es fan servir diversos mitjans: aigua, minerals, plom fos, mercuri, sals fosses, aire a temperatura ambient.
• Revingut: s’augmenta la tenacitat i es disminueixen les tensions internes, però es redueixen la duresa, la resistència mecànica i el límit elàstic. Escalfament a temperatures inferior al 723ºC i un refredament posterior a l’aire.
S’aconsegueix:
o Tenacitat.
o Reducció de tensions internes.
o Menys duresa, resistència mecànica i límit elàstic.
• Recuita: serveix per disminuir la duresa i augmentar la plasticitat. Consisteix en escalfar a temperatura elevada i refredar lentament. Es diferencien 4 tipus de recuita segons la temperatura màxima a la que ha estat sotmesa i la velocitat de refredament.
o De regeneració: carboni > 0.6%
o Globular supercrítica: Acers aliats i eines. Tª màx. superior a la formació d’austenita.
o Estovament: Similar al revingut però en peces no trempades prèviament. Resistència.
o Contra acritud: S’elimina l’acritud produïda durant els processos de conformació en fred.
*S’utilitza per:
– Disminuir la duresa.
– Augmentar la plasticitat.
• Fàcilment deformable i, per tant, treballable
• Normalitzat: tractament que només s’aplica als acers amb un baix continngut de carboni (0.15% i 0.5%). Serveix per suprimir tensions internes i serveis per reduir la gràndaria dels grans de l’hacer millorant les seves propietats mecàniques.
----
.
Subscriure's a:
Missatges (Atom)