Fundamental 5B - Salvador Hdz

Vista previa del material en texto

CIENCIAS DE LOS MATERIALES
PERIODO ESCOLAR FEBRERO – JUNIO 2021
	No. de actividad	Tipo de actividad	Nombre de la actividad
	 5	FUNDAMENTAL 	 El Hierro y sus aleaciones
	Nombre del alumno	Matrícula	Carrera	Semestre	Oportunidad
	 JAIME BAZÁN GODOY	1877399 	 IMTC	 2	 1
	SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ	2078047	IMTC	2	1
	CYNTHIA SAMANTA SALDAÑA CEPEDA	1741994	IEA	2	1
	JOSE CARLOS NERVAEZ CORTÉS	1937011	IME	3	3
	Grupo	Salón	Día clase	Hora clase
	 011	VIRTUAL 	 MARTES	M4-M6
Nombre del profesor: Juan Antonio Pérez Patiño
Fecha de entrega:
27/04/2021
 
 
Materiales ingenieriles 
El Hierro y sus aleaciones
(Actividad fundamental 5 ”B”)
Unidad Temática Fase 3
 
 
Índice
Introducción:
Antecedentes Históricos del hierro y del acero (Línea del tiempo)
Principales propiedades genéricas (Físicas, mecánicas y químicas)
Principales aplicaciones del hierro y del acero
Minerales de los cuáles se extrae el hierro y el acero
Hematita
Magnetita
Limonita
Siderita 
Taconita
Metalurgia del hierro y del acero (Procesos de fabricación)
Proceso Bessemer (Thomas)
Proceso Martin-Siemens (Hogar abierto)
Proceso LD (Lenz- Donowitz)
Proceso BOF (Básico de Oxigeno)
Horno de Eléctrico de arco
Criterios para la clasificar el hierro y el acero
Según su contenido de Carbono
Bajo carbono
Medio carbono
Alto carbono
Suaves
Semiduros
Duros
 Según su uso:
 Acero para herramienta 
Acero para maquinas 
Acero para resortes 
Acero para calderas 
Acero estructural 
Según su composición química: 
 AISI-SAE 
Aceros Aleados o Baja Aleación o Alta Aleación 
Baja Aleación
Alta Aleación
Aceros para herramientas
 Introducción y generalidades 
Clasificación
 Según su medio de templado 
Templado en agua 
Templado en aceite 
Templado en aire 
Templado en salmuera 
Templado en plomo fundido 
Templado en sales fundidas
3
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
 
 
 Según su contenido de aleación
Carbono para herramienta 
Baja aleación para herramienta 
Alta aleación para herramienta 
Según su uso 
Trabajo en caliente 
Resistente al impacto 
Alta velocidad
Trabajo en frío
Según la AISI
Aceros para herramienta templables en agua(W)
Aceros para herramienta resistentes al impacto(S)
Aceros para trabajo en frio
Aceros para herramienta en trabajo caliente(H)
Aceros para herramienta de ala velocidad
Aceros para moldes(P)
Aceros para propósitos especiales
Selección de aceros para herramientas
Según sus propiedades
Templabilidad
Dureza al rojo
Tenacidad
Resistencia al desgaste
Maquinabilidad
Según su operación o uso
Corte
Cizallado
Formado
Estirado y extrusión
Golpeado
Aceros Inoxidables
Introducción y generalidades
Sistema de numeración para identificación
Aceros martensíticos inoxidables
Aceros ferríticos inoxidables
Aceros austeniticos inoxidable
Hierros Fundidos
Introducción y generalidades
Propiedades genéricas (Físicas, mecánicas y químicas)
Clasificación de los hierros fundidos
Primarios
Secundarios
Hierro fundido Gris (Propiedades y aplicaciones)
Hierro fundido Blanco (Propiedades y aplicaciones
Hierro fundido Dúctil o Nodular (Propiedades y aplicaciones)
Hierro fundido Maleable (Propiedades y aplicaciones)
Hierro enfriado rápidamente (Propiedades y aplicaciones)
Hierro fundido aleado (Propiedades y aplicaciones)
 
4
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
 
 
Principales países productores, exportadores e importadores del Hierro y del acero en el Mundo
Principales empresas que compran y venden Hierro y acero en México.
Impacto social de hierro y del acero.
Impacto ambiental del hierro y del acero.
Impacto científico del hierro y del acero.
Conclusiones Reflexivas
Referencias bibliográficas
5
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
 
 
 
 
Introducción
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
6
 
 
 
 
ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL HIERRO Y DEL ACERO 
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
7
 
 
ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL HIERRO Y DEL ACERO 
3000 a.C
1000 a.C
1110 a.C
 1740
Siglo XVll
1856
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
8
 
 
1950
2009
2007
1902
1864
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
9
 
 
Mecánicas
Físicas
Químicas
Principales propiedades genéricas 
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
10
 
 
PROPIEDADES MECANICAS
FUSIBILIDAD
DUREZA
MALEABILIDAD
RESISTENCIA
ELASTICIDAD
DUCTILIDAD
FORJABILIDAD
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
11
 
 
PROPIEDADES FISICAS
termicas
electricas
ópticas
magneticas
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
12
 
 
PROPIEDADES quimicas
oxidación
corroción
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
13
 
 
corrosión
picadura
intergranular
Uniforme
fisuración
PRINCIPALES APLICACIONES DEL HIERRO Y DEL ACERO
Las aplicaciones de acero se pueden dividir en cinco sectores:
1. Construcción
2. Transporte
3. Energía
4. Embalaje
5. Electrodomésticos e industria
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
14
 
 
construcción
edificios bajos y altos
edificio educativos y hospitalarios
estadios deportivos y estaciones
concreto reforzado
placas de la cubierta de puentes
muelles y cables de suspensión
puertos
revestimiento y techos
oficinas
túneles
vallado de seguridad
defensas costeras e inundaciones
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
15
 
 
transporte
mercado automotriz
camiones
transmisiones
trenes
rieles
naves
cadenas de anclaje
trenes de aterrizaje de aeronaves
componentes de motores a reacción
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
16
 
 
Energía
pozos y plataformas de petróleo y gas
tuberías
componentes de turbina de energía eléctrica
pilones de electricidad
turbinas de viento
torres de transmisión
electroimanes 
escudos electromagnéticos
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
17
 
 
embalaje
envasado de alimentos y bebidas
aerosoles 
cierres (tapas de botellas).
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA-NC
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
18
 
 
Electrodomésticos e industria
Neveras
Lavadoras
Hornos
Microondas
Fregaderos
Cubiertos
vehículos agrícolas 
Maquinaria
tanques de almacenamiento
herramientas
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-NC-ND
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
19
 
 
Minerales de los cuáles se extrae el hierro y el acero
	nombre	formula	% de hierro en el mineral puro
	hematita	(Fe2O3)	70%
	magnetita	(Fe3O4)	72.4
	Limonita	(Fe2O3) H20	50%
	Siderita	(FeCO3)	48.3%
	Taconita		25-30%
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
20
 
 
Metalurgia del hierro y del acero
Procesos de fabricación
a. Proceso Bessemer (Thomas)
b. Proceso Martin-Siemens (Hogar abierto)
c. Proceso LD (Lenz- Donowitz)
d. Proceso BOF (Básico de Oxigeno)
e. Horno de Eléctrico de arco
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
21
 
 
a.	Proceso Bessemer (Thomas)
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
22
 
 
b.	Proceso Martin-Siemens (Hogar abierto)
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
23
 
 
b.	Proceso Martin-Siemens (Hogar abierto)
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
24
 
 
d.	Proceso BOF (Básico de Oxigeno)
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
25
 
 
e.	Horno de Eléctrico de arco
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
26
 
 
Criterios para la clasificar el hierro y el acero
 
 
SEGÚN SU CONTENIDO DE CARBONO 
Bajo carbono
Medio carbono
Alto carbono
Suaves
Semiduros
Duros
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
28
 
 
Bajo carbono %C <0.25: Comúnmente llamados aceros dulces o suaves. 
Dúctiles, maleables, altamente maquinables, soldables y noresponden al tratamiento térmico de temple. Se emplea en la fabricación de perfiles estructurales, alambres, clavos, tornillos, barras, varillas y presentan una buena soldabilidad
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
29
 
 
Medio carbono %C entre 0.25 y 0.55:
Mayor dureza y resistencia.
Aceptan cierto grado de temple, son más resistentes, duros y difíciles de soldar 
Empleados en la fabricación de ejes para vehículos y maquinas, resortes, engranajes, herramientas de agricultura
Requieren por lo general un precalentamiento antes de ser soldadas. Se utiliza para la fabricación de cables y alambres
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
30
 
 
Alto Carbono %C > 0.55:
Son los más duros y resistentes, poseen buena composición para ser templados. 
Las aplicaciones en la fabricación de herramientas de corte y arranque de viruta como: las brocas, cintas de sierra, muelles, discos de arado, cuchillas de torno, limas, yunques, etc. 
Poseen una soldabilidad muy baja, por lo que generalmente ya no se sueldan. 
También es el tipo de acero que se utiliza para la creación de vías de ferrocarril.
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
31
 
 
SEGÚN SU USO
Acero para herramienta
Acero para maquinas
Acero para resortes
Acero para calderas
Acero estructural
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA-NC
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
32
 
 
Acero para herramientas: 
de mediana a alta aleación para piezas que requieran alta resistencia al desgaste y/o al impacto. 
Es esencial realizar los tratamientos térmicos cumpliendo en su totalidad los parámetros de las tablas específicas de la aleación a utilizar.
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
33
 
 
Acero para maquinas: 
Generalmente son aceros muy versátiles de baja aleación utilizados para la construcción o reparación de maquinaria en general. 
Las aplicaciones más comunes: ejes, engranes, guías, poleas, tornillos sin fin, bujes, pernos, pines, sellos, rodos, tornillos de anclaje, etc.
Acero para resortes: 
Acero inoxidable endurecido por precipitación que proporciona alta resistencia y dureza, buena resistencia a la fatiga y a la corrosión. Excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas.
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
34
 
 
Acero para calderas:
Los aceros para recipientes a presión son aceros especiales al carbono-manganeso, tienen una resistencia más alta que el resto a las distintas presiones en cualquier tipo de ambiente/ temperatura pudiendo llegar estas a ser extremas, más resistentes por tanto a estas condiciones que el acero estándar para la construcción.
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
35
 
 
Acero estructural: 
Se utiliza en construcción de edificios.
Puede soportar grandes esfuerzos y dar mayor seguridad a las estructuras que son propensas a sufrir por sobrecarga o cambios climáticos extremos.
Puede sufrir deformaciones sin romperse.
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
36
 
 
SEGÚN SU COMPOSICION QUIMICA
AISI-SAE
Aceros Aleados
Baja Aleación
Alta Aleación
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
37
 
 
AISI-SAE: 
La norma AISI (American Iron and Steel Institute ) utiliza un esquema general para realizar la especificación de los aceros mediante 4 números:
En este sistema los aceros se clasifican con cuatro dígitos. 
El primero especifica la aleación principal, 
El segundo indica el porcentaje aproximado del elemento principal 
Con los dos últimos dígitos se conoce la cantidad de carbono presente en la aleación
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
38
 
 
ACEROS ALEADOS
 Los aceros aleados se dividen en dos grupos:
Aceros de baja aleación: Los aceros de baja aleación se caracterizan por presentar contenidos entre medios y altos en carbono, siendo por lo tanto son difíciles de soldar.
Aceros de alta aleación: Generalmente contienen más del 8% elementos de aleación. Estos aceros incluyen resistencia a la corrosión, los aceros resistentes al calor, los aceros resistentes a los herramentales.
La distinción entre los dos varía: Smith and Hashemi sitúan la barrera en el 4 % en peso de aleantes, mientras que Degarmo lo define en el 8,0 %.​
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
39
 
 
Cynthia Samanta Saldaña Cepeda
40
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
 
 
Aceros para herramientas 
Los aceros para herramientas se obtienen generalmente del proceso de recocido blando, en estado de fácil mecanización. Si las herramientas han de soportar duras condiciones de trabajo, deben ser templadas antes de su empleo. Han de hallarse libres de tensiones interiores antes de ser sometidas al caldeo que forma parte del temple para reducir al mínimo su tendencia a resquebrajarse durante este proceso. Los aceros de herramientas tienes generalmente un contenido en carbono superior a 0.30%. 
 
 
Clasificación 
Aceros de herramientas al carbono 
Aceros de baja aleación 
Aceros de aleación media 
Clasificación según AISI
Aceros en temple de agua 
Aceros para trabajo en frio 
Aceros de temple en acero 
JOSE CARLOS NERVAEZ CORTÉS
42
 
 
Según su medio templado 
Templado en agua: En general no contiene elementos aleantes son de alto porcentajes de carbono. Principalmente interesa la tenacidad como en los martillos buterolas, martillos neumáticos 
Templado en aceite: Estos aceros se utilizan en la fabricación de terrajes, rodillos de laminar roscas y escaliadores expansivos cuyos espesores no sobrepasan 8mm 
Templado en aire: Acero para herramienta que han sido trabajados en frio. Es barato y usado para moldes, elevada tenacidad sacrificando su dureza y resistencia al desgaste 
JOSE CARLOS NERVAEZ CORTÉS
43
 
 
Según su contenido de aleación 
Carbono para herramienta: Es utilizado para la fabricación de herramientas para usos diversos se emplea aceros sin elementos de aleación por porcentajes de carbonos variable de 0.5 a 1.4%
Alta aleación para herramienta: Es un acero de alta aleación con gran cantidad de elementos tales como níquel, tungsteno, vanadio. Estos elementos aleados se utilizan para ayudar aumentar la resistencia al desgaste o la dureza de acero, puede otorgarle propiedades especificas como resistencia térmica. 
JOSE CARLOS NERVAEZ CORTÉS
44
 
 
Según su uso 
Trabajo en caliente: Se caracterizan por su buena tenacidad debida a su bajo contenido en carbono, por dureza en caliente y por una resistencia y maquinabilidad regulares. Se utilizan en herramientas que en su aplicación son sometidos a temperaturas permanentes superiores a los 200ºC. 
Trabajo en frio: Se utilizan en la fabricación de terrajes, rodillos de laminar roscas, herramientas de forma. Se emplean en la fabricación de herramientas de servicio que lo general no se sobrepasan temperaturas superiores de 200ºC 
Alta velocidad: El acero de alta velocidad es un subconjunto de aceros para herramientas que se utilizan comúnmente como material para herramientas de corte. Es superior a las antiguas herramientas de acero con alto contenido de carbono que se utilizaron ampliamente durante la década de 1940 ya que puede soportar temperaturas mas altas sin perder el templado.
JOSE CARLOS NERVAEZ CORTÉS
45
 
 
JOSE CARLOS NERVAEZ CORTÉS
46
 
 
Clasificación de aceros según la AISI
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
1-Aceros para herramienta templables en agua (W)
2-Aceros para herramienta resistentes al impacto (S)
4-Aceros para trabajo en frio (O)
3-Aceros para herramienta en trabajo caliente (H)
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
48
7-Aceros para propósitos especiales (L)
5-Aceros para herramienta de alta velocidad (T)
6-Aceros para moldes (P)
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
49
Acerosinoxidables
Introducción
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
51
Sistema de numeración para identificación
	Grado	Número del UNS	Especificación	Tolerancias de OD	Tolerancias de WT
	304/304L	S30400/S30403	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	316/316L (2.5% Mo)	S31600/S31603	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	316Ti	S31635	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	317/317L	S31700	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	321	S32100	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	347	S34700	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	6Mo	S31254	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	Monel 400®*	N04400	ASTM B165	+ 0.005”1	± 10%
	Inconel 600®*	N06600	ASTM B167	+ 0.005”1	± 10%
	Inconel 625®*	N06625	ASTM B444	+ 0.005”1	± 10%
	Incoloy 825®*	N08825	ASTM B423	+ 0.005”1	± 10%
	904L	N08904	ASTM A269, ASTM A213	± 0.005”	± 10%
	Hastelloy C22®*	N06022	ASTM B622	± 0.005”	± 10%
	Hastelloy C276®*	N10276	ASTM B622	± 0.005”	± 10%
	Níquel 200	N02200	ASTM B161	± 0.005”	± 10%
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
52
Aceros martensíticos inoxidables
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
53
Aceros ferríticos inoxidables
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
54
Aceros austeníticos inoxidables
SALVADOR HERNÁNDEZ MARTÍNEZ
55
Hierro Fundido
JAIME BAZÁN GODOY
56
Propiedades generales
Dureza relativamente elevada, resistentes al choque térmico, a la corrosión, absorben bien las vibraciones, son de bajo costo y presentan poca soldabilidad en comparación con el acero.
JAIME BAZÁN GODOY
57
Clasificación
JAIME BAZÁN GODOY
58
Hierro Fundido Gris
JAIME BAZÁN GODOY
59
Hierro Fundido Blanco
JAIME BAZÁN GODOY
60
Hierro Fundido Nodular
JAIME BAZÁN GODOY
61
Hierro Fundido Maleable
JAIME BAZÁN GODOY
62
Hierro enfriado rápidamente
Los objetos que pueden ser templados incluyen engranajes, ejes y bloques de desgaste
JAIME BAZÁN GODOY
63
Hierro fundido aleado
JAIME BAZÁN GODOY
64
Principales países productores de hierro y acero en el mundo
JAIME BAZÁN GODOY
65
Principales países productores de acero en 2020
JAIME BAZÁN GODOY
66
Producción de acero crudo en el mundo
Producción en Millones de Toneladas	Ch	ina	India	Japón	Rusia	Estados Unidos	Corea del Sur	Turquía	Alemania	Brasil	Irán	1053	99	83.2	73.400000000000006	72.2	67.099999999999994	35.799999999999997	35.700000000000003	31	29	Países productores
Producción de acero en millones de toneladas
Principales países productores de hierro en 2020
JAIME BAZÁN GODOY
67
Principales empresas productoras de Hierro y acero en México
JAIME BAZÁN GODOY
68
JAIME BAZÁN GODOY
69
Impacto social del hierro y el acero
JAIME BAZÁN GODOY
70
JAIME BAZÁN GODOY
71
Impacto ambiental del hierro y el acero
JAIME BAZÁN GODOY
72
JAIME BAZÁN GODOY
73
Impacto científico del hierro y el acero
JAIME BAZÁN GODOY
74
JAIME BAZÁN GODOY
75
Conclusión
JAIME BAZÁN GODOY
76
Referencias
JAIME BAZÁN GODOY
77