1. Aleaciones, Corrosión y Protección

a) La principal aleación es la de hierro y carbono, que tendrá distintas propiedades de acuerdo con su estructura cristalina. La aleación de hierro y carbono da como resultado el acero.

b) La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico (oxidación) por su entorno. La corrosión puede ocurrir mediante una reacción química (óxido-reducción) en la que intervienen tres factores:

• La pieza manufacturada
• El ambiente
• El agua

Se puede evitar mediante:

• Ánodo de sacrificio
• Pintura
• Aparatos, etc.

c) El acero se oxida más rápido con el agua.

d) El ánodo de sacrificio es la protección más usual contra la corrosión galvánica. El ánodo de sacrificio consiste en la utilización de metales que estén siempre por debajo de los metales a proteger en la serie galvánica. El par galvánico es un fenómeno electroquímico en el cual, al estar dos metales de diferente potencial electroquímico en contacto directo en un medio electrolítico (agua ácida), el metal menos noble (ánodo) tiende a disolverse.

2. El Descubrimiento del Hierro

El descubrimiento que permitió la Edad de Hierro fue alrededor del siglo XV a. C. Los habitantes del Asia Menor descubrieron que, si sometían ciertos minerales al carbón vegetal, lograban un metal, al que luego se denominó hierro. Quinientos años después, se comprobó que el hierro adquiría mayor dureza cuando había restos de carbón vegetal, descubriendo así la aleación de hierro y carbono. Las formas carbonadas de hierro se produjeron en gran cantidad, su uso se generalizó para la fabricación de armas y herramientas, y esto originó la Edad del Hierro.

3. Punto Eutéctico

El punto eutéctico es un punto característico que se puede observar a 1130 °C de temperatura y 4,3% de carbono: es la combinación a la cual la aleación de hierro y carbono funde a menor temperatura.

4. Clasificación del Metal según su Contenido de Carbono

• Hierro puro: cuando el porcentaje de carbono es menor que 0,05%
• Aceros: cuando llega hasta 1,98%
• Fundiciones: todo el resto

5. Importancia de la Estructura Cristalina

La estructura cristalina es importante para un metal, ya que el tipo de estructura cristalográfica que tenga el metal definirá sus propiedades físicas, es decir, la densidad, la dilatación térmica, el calor de fusión, el magnesio, el potencial electroquímico, etc. Además, como las estructuras cristalinas nunca son del todo perfectas, las imperfecciones influyen en las propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas de un material.

6. Metales Puros y Aleaciones

a) Los metales puros, o sea, con estructura cristalina de átomos iguales, son muy difíciles de obtener y, en general, no tienen aplicaciones tecnológicas. Por eso, casi todos contienen, en forma natural o artificial, átomos de elementos extraños. A estas mezclas de metales modificados se las denomina aleaciones.

b) Los siguientes metales le confieren distintas propiedades al hierro:

• Níquel (12%): proporciona gran resistencia a la corrosión, aumenta la resistencia a la tracción y la templabilidad.
• Silicio (1/5%): propiedad desoxidante, brinda elasticidad, mejora las propiedades magnéticas.
• Cromo (10%): confiere propiedades inoxidables, aumenta la dureza y la resistencia a la abrasión.

c) Un metal puro tiene mayor punto de fusión que una aleación, ya que tiene una estructura cristalina con átomos iguales; en cambio, la aleación no.

7. Mena y Ganga

Se denomina mena a la parte útil de la roca (el mineral), mientras que las impurezas reciben el nombre de ganga.

8. Proceso de Concentración

El proceso de separación de la mena y la ganga en un mineral de roca consta de cinco etapas. Este proceso es denominado concentración.

Etapas:

1. Lavado con agua a presión
2. Eliminación del agua y de las sustancias volátiles por medio de la tostación
3. Trituración o molienda y posterior cribado
4. Separación del material de hierro por flotación o procesos magnéticos
5. Sinterización: proceso que consiste en moler el material y aglomerarlo en masas compactas por medio de calor y presión

9. El Alto Horno

Un alto horno es una estructura con forma de dos conos truncados, de paredes refractarias de 2,5 m de espesor y que mide de 40 a 60 m de altura. Este proceso tiene que estar vigilado por personal calificado.

Partes que lo componen:

• Zona superior: tiene un tragante, por donde se introducen las materias primas, y tiene un conducto de escape.
• Zona de reducción de óxidos: donde se eliminan los óxidos del material; temperatura entre 200 y 400 °C.
• Zona de absorción: aquí se funde la escoria; temperatura entre 400 y 1200 °C.
• Zona de fusión: aquí se funde el hierro y se combina con el carbono para formar el arrabio; temperatura a 1500 °C.
• Zona de etalajes: aquí se introduce aire caliente a través de las toberas.
• Crisol: es la parte más baja del horno, donde se depositan el arrabio y la escoria. La escoria se recoge por la piquera de escoria y el arrabio por la piquera de arrabio.

Escoria: en siderurgia, es una mezcla formada por los restos de ganga que posee el mineral de hierro, el fundente y las cenizas del carbón de coque.

Arrabio: es la mezcla de la fundición del hierro y el carbono.

11. Proceso del Alto Horno

El proceso de alto horno se realiza en cuatro pasos:

1. Se asegura que las compuertas de limpieza estén cerradas, se abren las piqueras de escoria y arrabio y las toberas de aire.
2. Se coloca el combustible en el fondo y se enciende.
3. Una vez que hay llama, se introduce un tercio del carbón de coque hasta que llegue al rojo vivo. Luego, el otro tercio y, finalmente, el resto. Cuando el material está al rojo vivo, se comprueba si con él se llena la zona de fusión. De lo contrario, se agrega coque hasta llenarla.
4. Se introduce el resto de los componentes y se inicia el proceso.

12. Clasificación de las Fundiciones

• Fundición blanca: El carbono está combinado con el hierro, forma cementita que, al romperse, le da un color blanco. Su contenido de carbono varía entre el 2,5% y el 3%. Es un material frágil, duro y difícilmente mecanizable. Se utiliza para piezas mecánicas con fuertes desgastes, pero que no sufran tensiones mecánicas.
• Fundición gris: El carbono (3 a 3,5%) se encuentra en forma de láminas de grafito, las cuales le confieren color gris. Es un material frágil, que no sirve para forjar ni soldar, pero es mecanizable y muy maleable. La única propiedad mecánica consiste en su buena capacidad de absorción de vibraciones.
• Fundición maleable: Es un subproducto de la fundición blanca, a la que se trata térmicamente para darle cierta ductilidad y maleabilidad, con lo que disminuye su fragilidad y aumenta la posibilidad de deformación. Se usa para piezas complicadas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos.
• Fundición dúctil: Se obtiene mediante el agregado de níquel o magnesio a la fundición gris. Tiene características similares a la fundición maleable, pero con mayor resistencia mecánica y buena ductilidad. Se trabaja fácilmente en máquinas y puede ser moldeada. Es especialmente apta para elementos sometidos a altas presiones.

13. Fusión de las Fundiciones

Las fundiciones son más fáciles de fundir porque, a medida que aumenta el contenido de carbono hasta un máximo del 4,6%, disminuye la temperatura de fusión de la aleación.

14. Tipos de Aceros

• Aceros comunes: solo contiene hierro y carbono.
• Aceros especiales: se adicionan uno, dos o tres elementos que le confieren características especiales.

16. Metalurgia y Siderurgia

La metalurgia es una ciencia que se ocupa del estudio de las propiedades, las aplicaciones y los procesos de extracción y elaboración de los metales. La siderurgia es la metalurgia del hierro, el acero y las fundiciones.

17. Elementos para Aleaciones con Hierro

Los principales elementos capaces de formar aleaciones con el hierro son: azufre, silicio, cobalto, tungsteno, magnesio, vanadio, molibdeno, níquel, plomo.

18. Laminación del Acero

El equipo básico para laminar se conoce con el nombre de caja de laminación y está compuesto de cilindros montados sobre rodamientos, los cuales descansan en las ampuesas, que son solidarias a la estructura soporte llamada castillete. Se denomina tren de laminación a la caja o conjunto de cajas junto con sus elementos auxiliares.

Tipos de tren de laminación:

1. Tren dúo reversible
2. Tren cuarteto reversible
3. Tren trío
4. Tren continuo
5. Tren de laminación digital
6. Tren de laminación para redondos
7. Tren de laminación Pomini y minitren
8. Tren de laminación de perfiles estructurales

Sirven para laminar, es decir, aplanar el acero surgido del proceso de metalurgia y fundición para crear materia prima de acero en forma de planchas o láminas.