(Stal polaco, del alemán Stahl) es una aleación deformable (maleable) de hierro con carbono (y otros elementos), caracterizada por una transformación eutectoide. El contenido de carbono en el acero no supera el 2,14%, pero no menos del 0,022%. El carbono confiere resistencia y dureza a las aleaciones de hierro, reduciendo la ductilidad y la tenacidad.
Teniendo en cuenta que se pueden añadir elementos de aleación al acero, el acero es una aleación de hierro con carbono y elementos de aleación que contienen al menos un 45% de hierro (acero aleado, de alta aleación).
En las fuentes escritas rusas antiguas, el acero se llamaba con términos especiales: "Ocel", "Kharolug" y "Uklad". En algunas lenguas eslavas hoy el acero se llama "Ocel", por ejemplo en checo.
El acero es el material estructural más importante para la ingeniería mecánica, el transporte, la construcción y otros sectores de la economía nacional.
Se encuentran aceros con altas propiedades elásticas. aplicación amplia en ingeniería mecánica y de instrumentación. En la ingeniería mecánica se utilizan para la fabricación de resortes, amortiguadores, resortes de potencia para diversos fines, en la fabricación de instrumentos, para numerosos elementos elásticos: membranas, resortes, placas de relé, fuelles, tirantes, suspensiones.
Los resortes, resortes de máquinas y elementos elásticos de dispositivos se caracterizan por una variedad [fuente no especificada 122 días] de formas, tamaños, diferentes condiciones trabajar. La peculiaridad de su trabajo es que bajo grandes cargas estáticas, cíclicas o de choque, no se permiten deformaciones residuales en ellos. En este sentido, todas las aleaciones para resortes, además de las propiedades mecánicas características de todos los materiales estructurales (resistencia, ductilidad, tenacidad, resistencia), deben tener una alta resistencia a pequeñas deformaciones plásticas. En condiciones de carga estática a corto plazo, la resistencia a pequeñas deformaciones plásticas se caracteriza por el límite elástico, y bajo carga estática o cíclica a largo plazo, por la resistencia a la relajación.
Clasificación
Los aceros se dividen en estructurales e instrumentales. Un tipo de acero para herramientas es el acero rápido.
Por composición química los aceros se dividen en carbono y aleados; incluso por contenido de carbono: bajo en carbono (hasta 0,25% C), medio en carbono (0,3-0,55% C) y alto en carbono (0,6-0,85% C); Según el contenido de elementos de aleación, los aceros aleados se dividen en de baja aleación, de aleación media y de alta aleación.
Los aceros, según el método de producción, contienen diferentes cantidades inclusiones no metálicas. El contenido de impurezas es la base para la clasificación de los aceros por calidad: calidad ordinaria, alta calidad, alta calidad y especialmente alta calidad.
La estructura del acero se clasifica en austenítica, ferrítica, martensítica, bainita o perlítica. Si en la estructura predominan dos o más fases, entonces el acero se divide en bifásico y multifásico.
Características del acero
Densidad - 7700-7900 kg/m³.
Gravedad específica: 75537-77499 n/m³ (7700-7900 kgf/m³ en el sistema MKGSS).
Capacidad calorífica específica a 20 °C - 462 J/(kg °C) (110 cal/(kg °C)).
Punto de fusión - 1450-1520 °C.
Calor específico de fusión: 84 kJ/kg (20 kcal/kg).
Coeficiente de conductividad térmica - 39 kcal/(m·hora·°C) (45,5 W/(m·K) [fuente no especificada 136 días]
Coeficiente de expansión térmica lineal a una temperatura de aproximadamente 20 °C:
acero St3 (grado 20) - (1/grado);
acero inoxidable - (1/grado).
Resistencia a la tracción del acero:
acero para estructuras - 38-42 (kg/mm²);
acero al silicio-cromo-manganeso - 155 (kg/mm²);
acero de construcción de maquinaria (carbono) - 32-80 (kg/mm²);
acero para rieles - 70-80 (kg/mm²);
Aleación de hierro y carbono (normalmente más del 2,14%) caracterizada por una transformación eutéctica. El carbono del hierro fundido puede estar contenido en forma de cementita y grafito. Dependiendo de la forma del grafito y la cantidad de cementita, existen: fundiciones blancas, grises, maleables y de alta resistencia. Las fundiciones contienen impurezas permanentes (Si, Mn, S, P) y, en algunos casos, también elementos de aleación (Cr, Ni, V, Al, etc.). Por regla general, el hierro fundido es quebradizo. La producción mundial de arrabio en 2007 ascendió a 953 millones de toneladas (incluidos 477 millones de toneladas en China).
Tipos de hierro fundido
Hierro fundido blanco
En la fundición blanca, todo el carbono se encuentra en forma de cementita. La estructura de dicho hierro fundido es perlita, ledeburita y cementita. Este hierro fundido recibió este nombre por el color claro de la fractura.
Hierro fundido gris
La fundición gris es una aleación de hierro, silicio (entre 1,2 y 3,5%) y carbono, que también contiene impurezas permanentes Mn, P, S. En la estructura de dicha fundición, la mayor parte o la totalidad del carbono se encuentra en forma de placa. -Grafito en forma. La fractura de dicho hierro fundido es de color gris debido a la presencia de grafito.
Hierro maleable
El hierro fundido maleable se produce mediante un recocido prolongado de hierro fundido blanco, lo que da como resultado la formación de grafito en forma de escamas. La base metálica de dicho hierro fundido es ferrita y, con menos frecuencia, perlita.
Hierro dúctil
El hierro fundido de alta resistencia tiene en su estructura grafito esferoidal, que se forma durante el proceso de cristalización. El grafito nodular se debilita base metálica No es tan fuerte como uno de placa y no genera estrés.
Medio hierro fundido
En la mitad del hierro fundido, parte del carbono (más del 0,8%) está contenido en forma de cementita. Los componentes estructurales de dicho hierro fundido son perlita, ledeburita y grafito en escamas.
Clasificación
Dependiendo del contenido de carbono, la fundición gris se denomina hipoeutéctica (2,14-4,3% de carbono), eutéctica (4,3%) o hipereutéctica (4,3-6,67%). La composición de la aleación afecta la estructura del material.
Dependiendo del estado y contenido de carbono en el hierro fundido, se distinguen: blanco y gris (según el color de la fractura, que está determinado por la estructura del carbono en el hierro fundido en forma de carburo de hierro o grafito libre), alto -resistencia con grafito nodular, fundición maleable, fundición con grafito vermicular. En la fundición blanca, el carbono está presente en forma de cementita, en la fundición gris, principalmente en forma de grafito.
En la industria, los tipos de hierro fundido se etiquetan de la siguiente manera:
arrabio - P1, P2;
arrabio para piezas fundidas - PL1, PL2,
arrabio - PF1, PF2, PF3,
conversión de hierro fundido de alta calidad: PVK1, PVK2, PVK3;
hierro fundido con grafito laminar - SCh (los números después de las letras "SCh" indican el valor de la resistencia a la tracción en kgf/mm);
hierro fundido antifricción
gris antifricción - AChS,
antifricción de alta resistencia - AChV,
maleable antifricción - ABC;
hierro fundido con grafito nodular para piezas fundidas - HF (los números después de las letras "HF" significan resistencia a la tracción en kgf/mm y alargamiento relativo (%);
Hierro fundido aleado con propiedades especiales - Cap.
3.Alto horno,
alto horno: un gran horno metalúrgico de tipo eje ubicado verticalmente para fundir hierro fundido y ferroaleaciones a partir de materias primas de mineral de hierro. Los primeros altos hornos aparecieron en Europa a mediados del siglo XIV, en Rusia, alrededor de 1630.
Descripción
Un alto horno es una estructura de hasta 35 m de altura; la altura está limitada por la resistencia del coque sobre el que se apoya toda la columna de materiales de carga. La carga se carga desde arriba, a través de un dispositivo de carga estándar, que también es el sello de gas del alto horno. El rico mineral de hierro se recupera en el alto horno (a escenario moderno Sólo quedan ricas reservas de mineral de hierro en Australia y Brasil), sinterizado o pellets. A veces, las briquetas se utilizan como materia prima mineral.
El alto horno consta de cinco elementos estructurales: la parte cilíndrica superior, la parte superior, necesaria para la carga y distribución eficiente de la carga en el horno; la parte cónica que se expande más grande en altura: el eje, en el que tienen lugar los procesos de calentamiento de materiales y reducción del hierro de los óxidos; la parte cilíndrica más ancha es el raspador, en el que ocurren los procesos de ablandamiento y fusión del hierro reducido; la parte cónica que se estrecha, los hombros, donde se forma un gas reductor, el monóxido de carbono; la parte cilíndrica, el horno, que sirve para acumular los productos líquidos del proceso del alto horno, hierro fundido y escoria.
En la parte superior de la fragua hay toberas, orificios para suministrar calefacción a alta temperatura explosión: aire comprimido enriquecido con oxígeno y combustible de hidrocarburos.
A nivel de la tobera se desarrolla una temperatura de unos 2000 °C. A medida que se asciende, la temperatura disminuye y en las cimas alcanza unos 270 °C. Así, en el horno a diferentes alturas se instala. diferentes temperaturas, por lo que se producen varios procesos químicos de transición de mineral a metal.
Procesos que ocurren en el horno.
En la parte superior del hogar, donde la entrada de oxígeno es bastante grande, el coque se quema, forma dióxido de carbono y libera grandes cantidades calor.
C + O 2 = CO 2 + Q
El dióxido de carbono, al salir de la zona enriquecida con oxígeno, reacciona con el coque y forma monóxido de carbono, el principal agente reductor del proceso de alto horno.
Al ascender, el monóxido de carbono interactúa con los óxidos de hierro, privándolos de oxígeno y reduciéndolos a metal:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
El hierro obtenido como resultado de la reacción fluye gota a gota sobre el coque caliente, saturándose de carbono, dando como resultado una aleación que contiene entre 2,14 y 6,67% de carbono. Esta aleación se llama hierro fundido. Además de carbono, contiene una pequeña proporción de silicio y manganeso. En décimas por ciento, el hierro fundido también incluye impurezas nocivas- azufre y fósforo. Además del hierro fundido, en el horno se forma y acumula escoria, en la que se recogen todas las impurezas nocivas.
Anteriormente, la escoria se descargaba a través de un grifo de escoria separado. Actualmente, tanto el hierro fundido como la escoria se descargan a través del grifo de hierro fundido al mismo tiempo. La separación del hierro fundido y la escoria se produce fuera del alto horno, en una rampa, mediante una placa separadora. El hierro fundido separado de la escoria se vierte en cucharas de hierro fundido y se transporta al taller de fabricación de acero.
Acero– una aleación de hierro (Fe>90%) con carbono (C hasta 2,14%). Los aceros se utilizan ampliamente en la ingeniería mecánica y la construcción.
El acero se diferencia del hierro fundido en su menor porcentaje carbono y todas las impurezas permanentes.
Se volvieron más blandos y dúctiles que el hierro fundido.
Además de hierro y carbono, los aceros y la fundición contienen siempre silicio (Si), manganeso (Mn), azufre (S), fósforo (P) y gases: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno (O,N,H). Estos impurezas se llaman constantes.
Además de impurezas permanentes, los aceros y las fundiciones pueden contener aleatoriamente otros elementos, que se denominan impurezas aleatorias(de mineral, chatarra).
A veces se introducen especialmente aleaciones de hierro y carbono para cambiar su estructura y propiedades. elementos químicos– cromo (Cr), níquel (Ni), molibdeno (Mo), tungsteno (W), titanio (Ti). Estas impurezas se llaman aleación, y se alean las aleaciones correspondientes.
Clasificación por composición química.
Según su composición química, los aceros se dividen en:
Carbón
aleado
Carbón– acero cuyas propiedades dependen principalmente del contenido de carbono. Estos aceros a su vez se dividen en:
Bajo en carbono – C<0,25%
Carbono medio – 0,25%
aleado– acero, que contiene elementos especialmente introducidos para darle las propiedades requeridas.
Clasificación por finalidad
Los aceros se dividen según su finalidad en:
Estructural
Instrumental
Estructural Los aceros están destinados a la fabricación de piezas de máquinas, instrumentos y elementos de estructuras de construcción.
Instrumental Los aceros se utilizan para la fabricación de herramientas de corte y medición, matrices para deformación en frío y en caliente.
Aceros para usos especiales– inoxidable (resistente a la corrosión), resistente al calor, resistente al calor, resistente al desgaste, etc.
Clasificación de calidad
Los aceros se dividen según este criterio en:
Acero de calidad ordinaria
Calidad
Alta calidad
Calidad particularmente alta
Bajo calidad aquí nos referimos a la totalidad de las propiedades del acero determinadas por el proceso metalúrgico de su producción.
Clasificación por grado de desoxidación.
Los aceros se clasifican según el grado de desoxidación en:
Calma
Semi-tranquilo
Hirviendo
Al marcar dichos aceros, las letras "kp" se escriben al final del grado de acero en ebullición y las letras "ps" se escriben al final del grado de acero semi-tranquilo.
Desoxidación– el proceso de eliminación de oxígeno del acero líquido. El acero no desoxidado tiene una ductilidad insuficiente y es susceptible a la destrucción durante el tratamiento a presión en caliente.
Clasificación por estructura
Los aceros se clasifican en el estado después del recocido y normalización. En estado recocido (de equilibrio), los aceros se dividen en:
hipoeutectoide tener exceso de cementita en la estructura
eutectoide, cuya estructura consiste en perlita
Zautectoide, en cuya estructura hay carburos secundarios liberados de la austenita
Ledeburita, cuya estructura contiene carburos primarios (eutécticos)
austenítico
ferrítico
Marcado de acero
Al final del grado de acero en ebullición se escriben las letras "kp", y al final del grado de acero semi-calmado se escriben las letras "ps".
Los elementos de aleación se designan con letras: N (níquel), K (cobalto), G (manganeso), X (cromo), V (tungsteno), M (molibdeno), Yu (aluminio), S (silicio), F (vanadio). ), R (boro). Se escriben letras después del número que indica el contenido de carbono. Si no hay ningún número después de la letra, entonces el contenido de elementos de aleación en el acero es del 1 al 1,5%. Se hace una excepción con el molibdeno y el vanadio, cuyo contenido en la mayoría de los aceros es del 0,2 al 0,3%.
Si el elemento de aleación en el acero es superior al 1,5%, el número después de la letra indica su contenido como porcentaje. Por ejemplo, el grado 15X denota acero con un promedio de 0,15% C y 1-1,5% Cr, acero 35G2 - 0,35% C y 2% Mn.
La diferencia en la designación de aceros de alta calidad y de alta calidad es que la letra A se asigna al final del grado de acero de alta calidad. Por ejemplo, el acero 40ХНМ es de alta calidad y el acero 40ХНМА es de alta calidad. . Si el acero es de una calidad particularmente alta, entonces se escribe la letra Ш al final de la marca.
Para los aceros utilizados en forma de fundición (en fundición), la letra L se coloca al final de la marca.
Los aceros al cromo para rodamientos de bolas se designan al principio con las letras ШХ, el contenido de cromo en estos aceros se indica en décimas de porcentaje y el contenido de carbono, que es el mismo para diferentes contenidos de cromo, no se indica. Por ejemplo, el acero ShKh15 contiene en promedio un 1% de C y un 1,5% de Cr.
Los aceros rápidos se designan con la letra P (de corte). El número que sigue a la letra indica el contenido del principal elemento de aleación de estos aceros: el tungsteno.
Ejemplo: R6M5K4: acero rápido con un contenido de tungsteno del 6%, molibdeno 5%, cobalto 4%.
Los aceros eléctricos (aceros para transformadores) se designan con la letra E. El número que sigue a la letra indica el contenido del elemento de aleación, el silicio, en porcentaje.
Según la marca SAE (EE.UU.), los aceros estructurales: al carbono y aleados con uno y dos elementos se designan con cuatro números. El primer número indica el elemento de aleación principal, el segundo, su contenido en porcentaje, el tercero y cuarto, el contenido de carbono en centésimas de porcentaje. Se adopta el primer dígito 1 para designar los aceros al carbono; entonces el segundo dígito es 0. Los primeros dígitos: 2 denota aceros al níquel; 3 - níquel con cromo; 4 - molibdeno; 5 - cromo; 6 - cromo con vanadio; 7 - tungsteno; 8 - vanadio; 9 - silíceo con manganeso.
Por ejemplo, el acero 1045 corresponde al acero 45 según GOST; acero 5140 - acero 40X, etc. Para aceros aleados con una gran cantidad de elementos, se adopta una designación más compleja.
Los metales ferrosos incluyen el hierro fundido y el acero, que son aleaciones de hierro y carbono, que también contienen silicio, manganeso, azufre y otros elementos.
Hierro fundido- una aleación de hierro y carbono cuyo contenido de carbono supera el 2%. También contiene silicio, manganeso, fósforo y azufre. El arrabio se funde en altos hornos a partir de minerales de hierro. Las materias primas para su producción, además del mineral, son combustible y fundentes.
Mineral de hierro Es una roca que contiene compuestos de hierro e impurezas de otros elementos. El hierro fundido se obtiene a partir de minerales de hierro rojo, marrón y magnético.
El coque de carbón se utiliza principalmente como combustible. Los fundentes se utilizan para separar la roca estéril (sílice, calcio, óxidos de manganeso) del mineral de hierro, que, al contribuir a la formación de escoria, tiene un efecto nocivo en el proceso de fundición del hierro.
EN hierro fundido El carbono está contenido en estado libre en forma de grafito o en estado ligado en forma de carburo de hierro o cementita.
Las fundiciones, en las que el carbono se encuentra en forma de grafito, tienen un color gris cuando se fracturan y una estructura de grano grueso. Se procesan bien con herramientas de corte, tienen altas cualidades de fundición, un punto de fusión relativamente bajo (1100-1200°C), baja contracción (1%) y se utilizan para la fabricación de muchas piezas y mecanismos de máquinas. Estas fundiciones se denominan fundiciones grises o fundiciones.
Hierro fundido, en los que el carbono está contenido únicamente en forma de un compuesto químico con hierro, tienen un color blanco cuando se fracturan. Son difíciles de mecanizar con herramientas de corte y normalmente se utilizan para fabricar acero. Estos hierros fundidos se llaman arrabio o blanco.
Además de la fundición blanca y gris, para la fundición de piezas en tractores, automóviles y otras industrias se utiliza también la denominada fundición maleable, que se obtiene a partir de la fundición blanca mediante recocido especial (cocción a fuego lento) en hornos de calentamiento especiales a una temperatura de 950-1000°C. Al mismo tiempo, se reduce considerablemente la excesiva fragilidad y dureza características del hierro fundido blanco. El hierro fundido maleable, al igual que el hierro fundido gris, no se puede forjar y el nombre "maleable" sólo indica su importante ductilidad.
Para aumentar la resistencia, los hierros fundidos se alean, es decir, se introducen en su composición níquel, cromo, molibdeno, cobre y otros elementos (hierro fundido aleado), y también se modifican, es decir. agregue magnesio, aluminio, calcio, silicio (hierro fundido modificado).
Los más utilizados son los siguientes grados de fundición: fundición gris: SCh-10, SCh-15, SCh-18, SCh-20, etc. (GOST 1412-79); Piezas fundidas de hierro maleable: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, etc. (GOST 1215-79).
Las letras y números de los grados de hierro fundido indican: SCh - hierro fundido gris, KCH - hierro fundido maleable. Los números después de las letras en el caso de la fundición gris indican la resistencia a la tracción.
Acero- una aleación de hierro y carbono que no contenga más del 2 % de carbono. En comparación con el hierro fundido, el acero tiene propiedades físicas y mecánicas significativamente mejores. Se caracteriza por su alta resistencia, se procesa bien mediante corte, se puede forjar, laminar y endurecer. Además, el acero es fluido en estado fundido; a partir de él se fabrican diversas piezas fundidas. Por tanto, es muy utilizado en todos los ámbitos de la economía nacional, especialmente en la ingeniería mecánica.
Acero Se obtiene del arrabio mediante refundición y eliminación del exceso de carbono, silicio, manganeso y otras impurezas y se funde en hogares abiertos, hornos eléctricos y convertidores.
El método más común para producir tipos de acero ordinarios es el de hogar abierto, y para la fundición de aceros de alta calidad se utiliza la fusión eléctrica.
Acero El hierro fundido, fundido en las plantas metalúrgicas, se suministra en forma de lingotes a talleres de laminación, forja o prensado, donde se transforma en láminas perfiladas y laminadas, así como en piezas forjadas de diversas formas y tamaños.
Todos los aceros utilizados actualmente se clasifican según los siguientes criterios:
por composición química: carbono aleado;
en términos de calidad: acero de calidad ordinaria, de alta calidad, de alta calidad;
por propósito: estructural, instrumental.
Acero carbono ampliamente utilizado en la industria. El componente principal que determina sus propiedades mecánicas y de otro tipo es el carbono. Aumentar el contenido de carbono del acero aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la tenacidad y lo vuelve más quebradizo.
Dependiendo del propósito, el acero al carbono se divide en estructural y para herramientas.
Carbono estructural Los aceros se dividen en acero de calidad ordinaria (GOST 380-78) y acero de alta calidad (GOST 1050-74). Dependiendo de las condiciones y del grado de desoxidación se distingue entre aceros en calma (sp), aceros semitranquilos (ps) y aceros en ebullición (kp).
Acero de calidad ordinaria marcado con las letras St (acero) y los números 1, 2, 3.....6 (St0, St1, St2, etc.). Cuanto mayor sea este número, más carbono contiene.
Según su finalidad, estos aceros se dividen en tres grupos:
Grupo A- aceros suministrados según sus propiedades mecánicas sin especificar su composición química (St0, St1kp, St2ps, St1sp, St2kp, St2sp, St3kp, etc.);
grupo B- aceros con composición química garantizada (BSt0, BSt1kp, BSt1sp, BSt2kp, etc.);
grupo B- aceros de alta calidad con composición química y propiedades mecánicas garantizadas (VSt2, VSt3, VSt4, VSt5).
Los números que indican el grado del acero muestran el contenido promedio de carbono en el acero en centésimas de porcentaje (por ejemplo, el acero de grado 45 contiene un promedio de 0,45% de carbono).
Los grados de acero con bajo contenido de carbono 05, 08, 10, 20, 25 se utilizan para piezas ligeramente cargadas, cuya fabricación implica soldadura y estampado.
Los ejes, flechas, engranajes y otras piezas están fabricados con acero con contenido medio de carbono de grados 40, 45, 50, 55.
Los aceros con alto contenido de carbono se utilizan para fabricar resortes en espiral, cables y otras piezas críticas.
El acero para herramientas de calidad se designa con la letra U, seguida de un número que indica el contenido de carbono en décimas de porcentaje, por ejemplo U7, U8, U10, etc.
El acero para herramientas de alta calidad contiene menos impurezas nocivas (azufre, fósforo) que el acero de alta calidad. Está marcado de la misma forma que uno de alta calidad, pero con el añadido de la letra A, por ejemplo U7A, U8A, etc.
El acero al carbono para herramientas se utiliza para la fabricación de diversas herramientas (percusión, corte, medición, etc.).
Composición del acero aleado. además del carbono, se introducen elementos que mejoran sus propiedades. Estos elementos incluyen: cromo, níquel, silicio, tungsteno, manganeso, vanadio, cobalto, etc.
Según los elementos de aleación introducidos, los aceros se dividen en cromo, níquel, silicio, cromo-níquel, cromo-vanadio, etc.
Elementos de aleación impartir las propiedades necesarias al acero en función de su finalidad. Consideremos qué efecto tienen sobre las propiedades del acero.
Cromo ayuda a aumentar la resistencia del acero, su dureza y resistencia al desgaste. El níquel aumenta la resistencia, tenacidad y dureza del acero, aumenta su resistencia a la corrosión y templabilidad. El silicio, con un contenido superior al 0,8%, aumenta la resistencia, dureza y elasticidad del acero, al tiempo que reduce su tenacidad. El manganeso aumenta la dureza y resistencia del acero, mejora su soldabilidad y templabilidad.
Aleación de acero Según el número de elementos de aleación introducidos en él, se clasifica en poco aleado (hasta un 5% de elementos de aleación), medio aleado (del 5 al 10%) y muy aleado (más del 10%).
Según su finalidad, los aceros aleados, como el acero al carbono, se dividen en estructurales e instrumentales.
Los elementos de aleación introducidos en el acero según la norma tienen las siguientes designaciones:
- X - cromo,
- B - tungsteno,
- M - molibdeno,
- F - vanadio,
- K - cobalto,
- G - manganeso,
- T - titanio,
- C - silicio,
- norte - níquel,
- re - cobre,
- Yu - aluminio,
- R - boro,
- A - nitrógeno.
Acero de alta calidad denota añadiendo la letra A al final de la marca.
Aleación de acero marcado con una combinación de números y letras.
Los primeros dos números indican el contenido promedio de carbono en centésimas de porcentaje, las letras indican elementos de aleación y los números que siguen a las letras indican el contenido porcentual de estos elementos en el acero.
Así, el grado 40X denota acero al cromo que contiene 0,4% de carbono y 1% de cromo;
12ХНЗА: acero al cromo-níquel que contiene aproximadamente 0,12% de carbono, 1% de cromo y 3% de níquel, etc.
Las piezas críticas de la máquina y diversas estructuras metálicas están hechas de acero aleado estructural. Para mejorar las propiedades mecánicas, las piezas de este acero se someten a un tratamiento térmico.
Los aceros aleados estructurales incluyen:
- cromo (15X, 20X, 30X, etc.),
- cromo vanadio (15HF, 20HF, 40HF),
- cromo-silicio (33ХС, 38ХС, 40ХС),
- cromo-níquel (12ХН2, 12ХНЗА, etc.).
El acero de aleación para herramientas es resistente al desgaste en comparación con el acero al carbono; está recocido más profundamente, proporciona mayor tenacidad en el estado endurecido y es menos propenso a deformarse y agrietarse durante el endurecimiento.
Las propiedades de corte de los aceros aleados son aproximadamente las mismas que las de los aceros al carbono, porque tienen una baja resistencia al calor, igual a 200-250°C.
El propósito de algunos grados de aceros aleados para herramientas es el siguiente:
El acero 9ХС se utiliza para la fabricación de troqueles, taladros, escariadores, cortadores, peines y machos de roscar;
acero 11X y 13X: para limas, navajas de afeitar, instrumentos quirúrgicos y de grabado;
Acero HVG: para machos largos, escariadores y otras herramientas.
Para la fabricación de herramientas de corte se utiliza acero rápido, llamado así por sus altas propiedades de corte.
Debido a la presencia de tungsteno y vanadio en su composición, este acero tiene una alta resistencia al calor y al rojo, es decir, la capacidad de mantener una alta dureza y resistencia al desgaste a temperaturas elevadas.
Una herramienta hecha de acero rápido, que se calienta hasta 550-600°C durante el proceso de corte, no pierde sus propiedades de corte.
Mucha gente conoce un material como el hierro fundido y sus características de resistencia. Hoy profundizaremos en este conocimiento y descubriremos qué es el hierro fundido, en qué consiste, en qué tipos se presenta y cómo se produce.
Compuesto
¿Qué es el hierro fundido? Es una aleación de hierro, carbono y diversas impurezas, gracias a la cual adquiere las propiedades necesarias. El material debe contener al menos un 2,14% de carbono. De lo contrario, será acero, no hierro fundido. Es gracias al carbono que el hierro fundido tiene mayor dureza. Al mismo tiempo, este elemento reduce la ductilidad y maleabilidad del material, volviéndolo quebradizo.
Además del carbono, el hierro fundido incluye necesariamente: manganeso, silicio, fósforo y azufre. Algunas marcas también contienen aditivos adicionales para otorgar propiedades específicas al material. Los elementos de aleación más utilizados incluyen cromo, vanadio, níquel y aluminio.
El material tiene una densidad de 7,2 g/cm 3 . Para los metales y sus aleaciones esta cifra es bastante elevada. El hierro fundido es muy adecuado para la producción de todo tipo de productos mediante fundición. En este sentido, es superior a todas las aleaciones de hierro, excepto a algunos grados de acero.
El punto de fusión del hierro fundido es de 1200 grados. Para el acero, esta cifra es entre 250 y 300 grados más alta. La razón de esto radica en el mayor contenido de carbono en el hierro fundido, lo que provoca enlaces menos estrechos entre los átomos de hierro. Durante la fundición del hierro fundido y su posterior cristalización, el carbono no tiene tiempo de penetrar completamente en la estructura del hierro. Por tanto, el material resulta quebradizo. La estructura del hierro fundido no permite su uso para la producción de productos que estén constantemente sujetos a cargas dinámicas. Pero el hierro fundido es ideal para piezas que deben tener mayor resistencia.
Recibo
La producción de hierro fundido es un proceso muy costoso y que requiere mucho material. Para obtener una tonelada de aleación se necesitan 550 kg de coque y 900 litros de agua. En cuanto al mineral, su cantidad depende del contenido de hierro que contenga. Como regla general, se utiliza mineral con una fracción másica de hierro de al menos el 70%. Procesar minerales menos ricos no es económicamente viable.
Antes de ser fundido, el material se enriquece. La producción de arrabio en el 98% de los casos se produce en altos hornos.
El proceso tecnológico incluye varias etapas. Primero, se carga el mineral en el alto horno, que incluye mineral de hierro magnético (un compuesto de óxido de hierro divalente y trivalente). También se pueden utilizar minerales que contienen óxido de hierro hidratado o sus sales. Además de las materias primas, en el horno se colocan carbones de coque, que son necesarios para crear y mantener altas temperaturas. Los productos de la combustión del carbón, como reductores de hierro, también participan en reacciones químicas.
Además, se suministra fundente al horno, que desempeña el papel de catalizador. Acelera el proceso de fusión de rocas y liberación de hierro. Es importante tener en cuenta que antes de ingresar al horno, el mineral debe pasar por un procesamiento especial. Dado que las piezas pequeñas se derriten mejor, se tritura previamente en una planta trituradora. Luego, el mineral se lava para eliminar las impurezas no metálicas. Luego las materias primas se secan y se cuecen en hornos. Gracias a la cocción se eliminan el azufre y otros elementos extraños.
Una vez que el horno está completamente cargado, comienza la segunda etapa de producción. Cuando se encienden los quemadores, el coque calienta gradualmente la materia prima. Esto libera carbono, que reacciona con el oxígeno para formar un óxido. Este último participa activamente en la reducción del hierro de los compuestos del mineral. Cuanto más gas se acumula en el horno, más lenta es la reacción. Cuando se alcanza la proporción requerida, la reacción se detiene por completo. Los gases sobrantes sirven posteriormente como combustible para mantener la temperatura requerida en el horno. Este método tiene varios puntos fuertes. En primer lugar, le permite reducir los costos de combustible, lo que reduce el costo del proceso de producción. Y, en segundo lugar, los productos de la combustión no entran a la atmósfera, contaminándola, sino que continúan participando en la producción.
El exceso de carbono se mezcla con la masa fundida y el hierro lo absorbe. Así se fabrica el hierro fundido. Las impurezas que no se han derretido flotan hacia la superficie de la mezcla y se eliminan. Se les llama escoria. La escoria se utiliza en la producción de determinados materiales. Cuando se elimina todo el exceso de partículas de la masa fundida, se le agregan aditivos especiales.
Variedades
Ya hemos descubierto qué es el hierro fundido y cómo se obtiene, ahora entenderemos la clasificación de este material. El hierro fundido para tuberías y fundición se produce mediante el método descrito anteriormente.
El arrabio se utiliza en la producción de acero a través de la ruta del convertidor de oxígeno. Este tipo se caracteriza por un bajo contenido de silicio y manganeso en la aleación. El hierro fundido se utiliza en la elaboración de todo tipo de productos. Se divide en cinco tipos, cada uno de los cuales se considerará por separado.
Blanco
Esta aleación se caracteriza por el contenido de un exceso de carbono en forma de carburo o cementita. El nombre de esta especie se le dio por el color blanco en el lugar de la fractura. El contenido de carbono en dicho hierro fundido suele superar el 3%. El hierro fundido blanco es muy frágil y quebradizo, por lo que su uso es limitado. Este tipo se utiliza para producir piezas de configuración simple que realizan funciones estáticas y no soportan cargas pesadas.
Al agregar aditivos de aleación al hierro fundido blanco, es posible aumentar los parámetros técnicos del material. Para ello, se utiliza con mayor frecuencia cromo o níquel, con menos frecuencia vanadio o aluminio. Una marca con este tipo de aditivos se llama “sorbita”. Se utiliza en varios dispositivos como elemento calefactor. La "sormita" tiene una alta resistividad y funciona bien a temperaturas no superiores a 900 grados. El uso más común del hierro fundido blanco es en la producción de bañeras domésticas.
Gris
Este es el tipo más común de hierro fundido. Ha encontrado aplicación en diversas áreas de la economía nacional. En la fundición gris, el carbono está presente en forma de perlita, grafito o ferrita-perlita. En dicha aleación el contenido de carbono es aproximadamente del 2,5%. Al igual que el hierro fundido, este material tiene una alta resistencia, por lo que se utiliza en la producción de piezas que reciben cargas cíclicas. El hierro fundido gris se utiliza para fabricar casquillos, soportes, engranajes y carcasas para equipos industriales.
Gracias al grafito, la fundición gris reduce la fricción y mejora el efecto de los lubricantes. Por tanto, las piezas fabricadas en fundición gris son muy resistentes a este tipo de desgaste. Cuando se opera en ambientes particularmente agresivos, se introducen aditivos adicionales en el material para neutralizar el impacto negativo. Estos incluyen: molibdeno, níquel, cromo, boro, cobre y antimonio. Estos elementos protegen la fundición gris de la corrosión. Además, algunos de ellos aumentan la grafitización del carbono libre en la aleación. Gracias a ello se crea una barrera protectora que evita que elementos destructivos lleguen a la superficie del hierro fundido.
Poco entusiasta
Un material intermedio entre las dos primeras variedades es el hierro semifundido. El carbono que contiene se presenta en forma de grafito y carburo en proporciones aproximadamente iguales. Además, dicha aleación puede contener pequeñas cantidades de lideburita (no más del 3%) y cementita (no más del 1%). El contenido total de carbono de la mitad del hierro fundido oscila entre el 3,5 y el 4,2%. Esta variedad se utiliza para la producción de piezas que funcionan en condiciones de fricción constante. Estos incluyen pastillas de freno para automóviles, así como rodillos para máquinas rectificadoras. Para aumentar aún más la resistencia al desgaste, se añaden a la aleación todo tipo de aditivos.
Maleable
Esta aleación es un tipo de hierro fundido blanco, que se somete a una cocción especial para grafitizar el carbono libre. En comparación con el acero, este tipo de hierro fundido tiene propiedades de amortiguación mejoradas. Además, no es tan sensible a los cortes y se comporta bien en condiciones de bajas temperaturas. En dicho hierro fundido, la fracción masiva de carbono no supera el 3,5%. En la aleación se presenta en forma de ferrita, perlita granulada que contiene inclusiones de grafito o ferrita-perlita. El hierro fundido maleable, al igual que el hierro semifundido, se utiliza principalmente en la producción de piezas que funcionan en condiciones de fricción continua. Para mejorar las características de rendimiento del material, se añaden a la aleación magnesio, telurio y boro.
Alta resistencia
Este tipo de hierro fundido se obtiene mediante la formación de inclusiones esféricas de grafito en la red metálica. Debido a esto, la base metálica de la red cristalina se debilita y la aleación adquiere propiedades mecánicas mejoradas. La formación de grafito esférico se produce debido a la introducción de magnesio, itrio, calcio y cerio en el material. El hierro fundido de alta resistencia tiene parámetros similares a los del acero con alto contenido de carbono. Se adapta bien a la fundición y puede reemplazar completamente las piezas de acero de los mecanismos. Debido a su alta conductividad térmica, este material se puede utilizar para la fabricación de tuberías y dispositivos de calefacción.
Desafíos de la industria
Hoy en día, la fundición de hierro fundido tiene perspectivas dudosas. El hecho es que, debido a los altos costos y la gran cantidad de desperdicio, los industriales están abandonando cada vez más el hierro fundido en favor de sustitutos baratos. Gracias al rápido desarrollo de la ciencia, desde hace mucho tiempo es posible obtener materiales de mayor calidad a menores costos. La protección del medio ambiente juega un papel importante en este asunto y no acepta el uso de altos hornos. Se necesitarán años, si no décadas, para convertir completamente la fundición de hierro en hornos eléctricos. ¿Porque tan largo? Porque es muy caro y no todos los estados pueden permitírselo. Por tanto, sólo queda esperar hasta que se establezca la producción en masa de nuevas aleaciones. Por supuesto, no será posible detener por completo el uso industrial del hierro fundido en un futuro próximo. Pero es obvio que la escala de su producción disminuirá cada año. Esta tendencia comenzó hace 5-7 años.
Conclusión
Habiendo abordado la pregunta: "¿Qué es el hierro fundido?", Podemos sacar varias conclusiones. En primer lugar, el hierro fundido es una aleación de hierro, carbono y aditivos. En segundo lugar, tiene seis tipos. En tercer lugar, el hierro fundido es un material muy útil y versátil, por lo que durante mucho tiempo fue factible su costosa producción. En cuarto lugar, hoy en día el hierro fundido ya se considera una reliquia del pasado y está perdiendo sistemáticamente su posición frente a materiales más fiables y baratos.
El hierro fundido entró firmemente en nuestras vidas hace muchos años. Es relativamente fácil de producir y ampliamente utilizado en diversos campos. Para tener una comprensión clara de este material, es necesario conocer sus características, desventajas, ventajas, composición química, propiedades, estructura del hierro fundido y sus aleaciones, su producción y ámbito de aplicación.
Entonces, averigüemos qué aleaciones de hierro y carbono se llaman hierro fundido.
Concepto
El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono que contiene carbono, es decir, un material que consta de una aleación y carbono. El porcentaje de carbono en el hierro fundido es superior al 2,14%. Este último elemento puede incluirse en el hierro fundido en forma de grafito o cementita.
Este video habla sobre las características del hierro fundido:
Variedades
Los hay de fundición blanca y gris.
- El carbono del hierro fundido blanco se encuentra en forma de carburo de hierro. Si lo rompes, puedes ver un tinte blanco. El hierro fundido blanco no se utiliza en su forma pura. Se añade al proceso de producción de hierro maleable.
- En caso de fractura, la fundición gris tiene un tinte plateado. Este tipo de hierro fundido tiene una amplia gama de usos. Se presta bien al procesamiento con cortadores.
Además, los hierros fundidos son de alta resistencia, maleables y con propiedades especiales.
- Alta resistencia Se utiliza hierro fundido para aumentar la resistencia del producto. Las propiedades mecánicas de este tipo de hierro fundido permiten que esto se haga perfectamente. El hierro fundido de alta resistencia se obtiene a partir de hierro fundido gris añadiendo magnesio a la masa.
- Maleable El hierro fundido es un tipo de gris. El nombre no significa que este hierro fundido se pueda forjar fácilmente. Tiene mayores propiedades de plasticidad. Se obtiene recociendo hierro fundido blanco.
- También distinguen poco entusiasta hierro fundido. Parte del carbono que contiene está en forma de grafito y el resto en forma de cementita.
Características especiales
La peculiaridad del hierro fundido radica en el proceso de producción. El punto medio de fusión de los distintos tipos de hierro fundido es de 1200ºC. Este valor es 300 grados menor que el del acero. Esto se debe al altísimo contenido de carbono. Carbon y no tienen una relación muy estrecha entre sí.
Cuando tiene lugar el proceso de fundición, el carbono no puede penetrar completamente la red de hierro. Como resultado, el hierro fundido adquiere la propiedad de fragilidad. No se puede utilizar para la fabricación de piezas que estarán sujetas a una carga constante.
El hierro fundido es un material metalúrgico ferroso. Sus características a menudo se comparan con las del acero. Los productos fabricados en acero o hierro fundido se utilizan mucho en nuestras vidas. Su uso está justificado. Tras comparar las características, podemos decir lo siguiente de estos dos materiales:
- El costo de los productos de hierro fundido es menor que el costo de los de acero.
- Los materiales varían en color. El hierro fundido es un material oscuro y mate, mientras que el acero es claro y brillante.
- El hierro fundido es más fácil de fundir que el acero. Pero el acero es más fácil de soldar y forjar.
- El hierro fundido es menos duradero que el acero.
- El hierro fundido es más liviano que el acero.
- El acero tiene un mayor contenido de carbono que el acero.
Ventajas y desventajas
El hierro fundido, como cualquier material, tiene lados positivos y negativos.
Las ventajas del hierro fundido incluyen:
- El carbono en el hierro fundido puede encontrarse en diferentes estados. Por tanto, este material puede ser de dos tipos (gris y blanco).
- Ciertos tipos de hierro fundido tienen mayor resistencia, por lo que a veces el hierro fundido se coloca en la misma línea que el acero.
- El hierro fundido puede mantener la temperatura durante bastante tiempo. Es decir, cuando se calienta, el calor se distribuye uniformemente por todo el material y permanece en él durante mucho tiempo.
- En términos de respeto al medio ambiente, el hierro fundido es un material limpio. Por ello, se suele utilizar para elaborar platos en los que posteriormente se preparan los alimentos.
- El hierro fundido es resistente a condiciones ácido-base.
- El hierro fundido tiene buena higiene.
- El material tiene una vida útil bastante larga. Se ha observado que cuanto más tiempo se utiliza el hierro fundido, mejor es su calidad.
- El hierro fundido es un material duradero.
- El hierro fundido es un material inofensivo. No es capaz de causar ni un mínimo daño al cuerpo.
Las desventajas del hierro fundido incluyen:
- El hierro fundido se oxidará si se expone al agua durante un período breve.
- El hierro fundido es un material caro. Sin embargo, este inconveniente está justificado. El hierro fundido es de muy alta calidad, práctico y fiable. Los artículos fabricados con él también son de alta calidad y duraderos.
- La fundición gris se caracteriza por una baja ductilidad.
- El hierro fundido blanco se caracteriza por su fragilidad. Se utiliza principalmente para fundir.
Propiedades y características
- Físico. Estas características incluyen: gravedad específica, coeficiente de expansión lineal, contracción real. La gravedad específica varía según el contenido de carbono del material.
- Térmico. La conductividad térmica de un material generalmente se calcula mediante la regla de desplazamiento. Para el hierro fundido sólido, la capacidad calorífica volumétrica es igual a 1 cal/cm 3 * o C. Si el hierro fundido es líquido, entonces es de aproximadamente 1,5 cal/cm 3 * o C.
- Mecánico. Estas propiedades dependen de la propia base, así como del tamaño y forma del grafito. El hierro fundido gris con base de perlita se considera el más duradero y el más dúctil es el de base ferrítica. La máxima reducción de resistencia se observa con la forma de “placa” del grafito, y la mínima, con la forma de “bola”.
- hidrodinámico. La viscosidad del hierro fundido varía según la presencia de manganeso y azufre. También aumenta bruscamente cuando la temperatura del hierro fundido pasa el punto donde comienza la solidificación.
- Tecnológico. El hierro fundido tiene excelentes propiedades de fundición, resistencia al desgaste y a las vibraciones.
- Químico. Según el potencial del electrodo (en orden decreciente), los componentes estructurales del hierro fundido se disponen de la siguiente forma: cementita - fosfuro eutéctico - ferrita.
Diferencias entre hierro fundido y acero en composición química y propiedades.
Las propiedades del hierro fundido se ven afectadas por impurezas especiales.
- Por tanto, la adición de azufre puede reducir significativamente la fluidez y reducir la refractariedad.
- La adición simultánea de fósforo permite crear un producto de forma compleja, pero no le da mayor resistencia.
- La mezcla en el molde hace que el punto de fusión no sea tan alto y mejora significativamente las propiedades de la fundición. Diferentes porcentajes de silicio crean diferentes tipos de hierro fundido, desde el blanco puro hasta el ferrítico.
- El manganeso empeora las propiedades tecnológicas y de fundición, pero aumenta la resistencia y la dureza.
El siguiente vídeo le mostrará cómo soldar hierro fundido mediante soldadura eléctrica:
Estructura y composición
Si consideramos el hierro fundido como material estructural, entonces se trata de una cavidad metálica con inclusiones de grafito. La estructura del hierro fundido es principalmente perlita, ledeburita y grafito dúctil. Además, para cada tipo de hierro fundido estos elementos predominan en diferentes proporciones o están completamente ausentes.
Según la estructura del hierro fundido existen:
- perlita,
- ferrítico y
- ferrítico-perlítico.
El grafito está presente en este material en una de las formas:
- Globular. El grafito adquiere esta forma cuando se le añade magnesio. La forma esférica del grafito es característica de las fundiciones de alta resistencia.
- El plastico. El grafito tiene forma similar a los pétalos. De esta forma, el grafito está presente en el hierro fundido ordinario. Este hierro fundido tiene propiedades de ductilidad aumentadas.
- Escamoso. El grafito adquiere esta forma mediante el recocido de fundición blanca. El grafito se encuentra en forma de escamas en el hierro fundido maleable.
- Vermicular. La forma denominada grafito se encuentra en la fundición gris. Fue desarrollado específicamente para mejorar la ductilidad y otras propiedades.
producción de metales
en altos hornos especiales. La principal materia prima para la producción de hierro fundido es. El proceso tecnológico consiste en reducir los óxidos de hierro del mineral y obtener como resultado otro material: el hierro fundido. Para fabricar hierro fundido se utilizan los siguientes combustibles: coque, gas natural y antracita térmica.
Una vez que se reduce el mineral, el hierro se encuentra en forma sólida. Luego se baja a una parte especial del horno (vapor), donde se disuelve el carbono en el hierro. La salida es hierro fundido líquido, que cae a la parte inferior del horno.
El precio del hierro fundido (por 1 kg) depende de la cantidad de carbono que contiene, la presencia de impurezas adicionales y componentes de aleación. Aproximadamente el precio de una tonelada de hierro fundido será de 8.000 rublos.
Áreas de uso
- Se utiliza para la producción de piezas en ingeniería mecánica. Los bloques de motor y los cigüeñales están fabricados principalmente de hierro fundido. Estos últimos requieren hierro fundido avanzado, al que se le añaden aditivos especiales de grafito. Debido a la resistencia del hierro fundido a la fricción, se utiliza para fabricar pastillas de freno de excelente calidad.
- El hierro fundido puede funcionar sin problemas incluso a temperaturas extremadamente bajas. Por lo tanto, se utiliza a menudo en la producción de piezas de máquinas que tendrán que funcionar en condiciones climáticas adversas.
- El hierro fundido ha demostrado su eficacia en el campo metalúrgico. Se valora por su precio relativamente bajo y sus excelentes propiedades de fundición. Los productos fabricados de hierro fundido se caracterizan por su excelente resistencia y resistencia al desgaste.
- Una gran variedad de productos de plomería están hechos de hierro fundido. Estos incluyen fregaderos, radiadores, fregaderos y tuberías diversas. Son especialmente famosos los baños de hierro fundido y los radiadores de calefacción. Algunos de ellos todavía sirven en apartamentos hoy en día, aunque fueron adquiridos hace muchos años. Los productos de hierro fundido conservan su aspecto original y no requieren restauración.
- Gracias a sus buenas propiedades de fundición, el hierro fundido produce auténticas obras de arte. Se utiliza frecuentemente en la fabricación de productos artísticos. Por ejemplo, hermosas puertas caladas o monumentos arquitectónicos.
¿Estás eligiendo un baño? ¿No sabes qué es mejor, el hierro fundido o el acero? Entonces este vídeo te ayudará: