Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Metal·lúrgia i sideralúrgia - Coggle Diagram
Metal·lúrgia i sideralúrgia
El procés metal·lurgic
Els minerals
Els metalls és troben als minreals combinats amb altres elements. Els compostos mes comuns son:
(foto)
Per separar el metall dels altres elements amb que és combina cal utilitzar processos químics. El més utilitzat rep el nom de
Reducció
efecte contrari al de l'oxidació
(foto)
Els minerals estan formats per una part aprofitable anomenda
mena
i una part que no és aprofitable anomenada
ganga
.El procés que cal aplicar per separar aqutes dos és anomenat
enriquiment
Els aliatges
Solidificació dels aliatges
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió, uan és refreda un metal pur i pssa de la fase líquida a la fas sòlida, la temperatura és manté constant mentre va solidificant-lo. Un cop solificaa tota la massa, la temperatura torna a disminuir progressivament fins arribar a la de l'ambient.
Els aliatges no tenen una temperatura de fusió fixa, depen de les proporcions de cada element i no té un valor sinó que és reperesenta mitjançant un interval. En la gràfica és poden observar
3 fases:
-
Àrea de fase líquida:
Per damunt de la línia de líquid, l'aliatge sempre és troba en fas líquida.
-
Ària de fase líquida+sòlida:
per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l'aliatge sempre contindrà una part de 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 és trobarà en fase sòlida
El
Punt eutètic
és aquell valor mínim que coincideix amb la línia del sòlid. Els aliatges amb aquestes proporcions eutètiquestenen unes característiqeus molt importants:
-Se solidifiquen a unatemperatura constant
-La temperatura de solidificació és la mes baixa de totes les possibles de totes les possibles mb els components que formen la mescla
-Son mescles finíssimes i íntimes de cristalls purs dels elements d'aliatge i són ideals per fabricar peces per emmotllament perque donen peces més homogènies
Els
aliatges
són productes obtinguts a partir de l'unió de dos o més elements químics, dels quals com a mínim un dels dos ha de ser metall, i que un cop format presenta característiques pròpies dels metalls. Els diferents aliatges és distingeixen pels components que els formen i s'identifiquen per la seva composició:
Productes siderúrgics: acers i foses
És consideren
acers
els aliatges de ferro amb un contingut de carvoni compres entre el 0,1 i 1,76% i és consideren
foses
quan el contingut de carboni oscil·la entre 1,76 i 6,67 % i a mès conté silici.
Les foses contenen carboni segons la froma del grfit poden ser:
Esferoidal
En forma d'esferes
Nodular
En forma de ram
Laminar
En forma de làmines
Per donar forma als elements és poden utilitzar dos mètodes:
Forja
Consisteix en situar la massa sòlida de metall calent entre dues meitats d'un motlle o matriu i aplicant-hi esforços de compressió fins que adopta la seva forma
Emmotllament
Consisteix a introduir el metall en fase líquida a l'interior d'un motlle tancat i desemmotllat-lo un cop s'ha solidificat
Les aplicacions dels acers depenen, en general, del seu contingut en carboni. És pot fer una classifcació molt simple dels acers segons el seu contingut en carboni
Productes metal·lúrgics
Actualment la industria disposa d'una gran varietat de productes metal·lúrgics amb propietats molt diverses
El ferro i els seus aliatges
La solidificació del ferro
Les diferents estructures en les que és pot solidificar un maetall pur s'anomenen
varietats al·lotròpiques
Varietat delta
Als 1539 graus la temperatura és manté constant mentre tota la massa passa a la fase sòlida en forma de variant delta.
Verietat gamma
Als 1390 graus la temperatura és torna a mantenir constantmentre tot a la massa canvia l'estructura cristal·lina de la variant gamma
Varietat beta
Als 900 graus la temperatura és mante constant i el ferro passa a la variantbeta
Varietat alfa
Als 750 graus el ferro és transforma en variant alfa fins que arriba a la temperatura ambient
Els aliatges ferro-carboni
Els aliatges de ferro amb carboni el ferro pot trobar-se en alguna de les seves 4 formes al·ltròpiques i el carboni pot adoptar diverses formes. és coneixen fins a onze constituents diferents dels quals els més importants són:
Al diagrama és poden observar diferents zones:
-
Líquid:
a la zona superior tota la massa és troba en la fase líquida
-
Líquid+austenita:
part de la massa és troba en fase líquida i part en fase sòlida eb forma de cementita
-
Líquid+cementita:
part de la massa es troba en fase líquida i part en fase sòlida en forma de cementita
-
Resta de zones:
tota la massa és troba en fase sòlida en diferents formes segons s'indica el diagrama
Industrialment s'anomena
ferro pur
l'aliatge ferro-carboni quen el contingut d'aquest últim és inferior al 0,03%. Aquest material té una aplicació industrial que aprofita les propietats magnètiques.
Les caraterístiques del ferro pur son:
Un dels materials més importants des de l'inici dels nostres temps han estat els ferros. Per al proccés d'obtenció de ferro cal seguir un
proccés
:
-
Mineria:
Extracció del material d'un jaciment adequat
-
Metal·lúrgia:
Separació del metall dels altres elements amb els quals és troba combinat químicament
-
Indústries metàl·liques:
elaboració del material obtingut per a articles útils
Tractaments tèrmics
El revingut
El revingut consisteix en un escalfament a temperatura inferior als 723 °C (per tal d'evitar la formació d'austenita) i un refredament posterior a l'aire.D'aquesta manera s'aconsegueix incrementar la tenacitat i reduir les tensions internes de l'acer trempat. Això sí, a costa d'una disminució de la duresa, de la resistència mecànica i del límit elàstic.
El normalitzat
El normalitzat consisteix en un escalfament fins a la temperatura d'austenització i un refredament a l'aire (a velocitat més lenta que el tremp però més ràpida que la recuita).
La recuita
La recuita s'utilitza quan es vol disminuir la duresa i incrementar la plasticitat d'un acer per poder-lo deformar i treballar fàcilment. En general consisteix en un escalfament a temperatura elevada i un refredament lent.
Recuita globular supercrítica
per a acers aliats i per a eines. La temperatura màxima és superior a la de formació d'austenita.
Recuita de regeneració
per a acers amb un contingut de carboni > 0,6 %.
Recuita d'estovament
és un tractament idèntic al revingut però que s'aplica a peces que no han estat prèviament trempades. S'utilitza per a acers aliats de gran resistència, ja que si se'ls aplica una recuita de regeneració no es podria evitar el tremp de la peça en el refredament.
Recuita contra acritud
per eliminar l'acritud produïda en els processos de conformació en fred.
El tremp
S'aplica el tremp quan es vol aconseguir un acer amb una elevada duresa i resistència mecànica. Consisteix a obtenir un acer format per una gran proporció de martensita. Consisteix en:
1.Escalfament de l'acer fins que tota la massa es transformi en austenita. Segons el tant per cent de carboni, la temperatura a què cal arribar serà més alta o més baixa.
2.Refredament ràpid per assegurar que tota l'austenita es transforma en martensita.
Siderúrgia
Obtenció de ferro colat
L'alt forn
L'alt forn està format per una estructura d'acer recoberta interiorment per material ceràmic refractari.Per la part superior s'introdueixen les matèries primeres i s'extreuen els gasos. Per la part inferior s'introdueix aire calent a pressió, que fa possible la combustió del carbó, i es recullen el ferro colat i les escòries.Per la part superior s'introdueixen les matèries primeres i s'extreuen els gasos. Per la part inferior s'introdueix aire calent a pressió, que fa possible la combustió del carbó, i es recullen el ferro colat i les escòries.
Mineral de ferro
aporta el ferro oxidat que, un cop reduït, obtindrem en forma de ferro colat. L'oxigen del mineral es combinarà amb el carboni i sortirà per la part superior del forn en forma de diòxid de carboni (CO2) gasós. El mineral també aporta impureses formades per sílice, que obtindrem separades del ferro en forma d'escòria.
Carbó de coc
el carbó vegetal no té prou poder calorífic per aconseguir les altes temperatures necessàries per obtenir ferro líquid. Per aquest motiu s'utilitza el carbó de coc obtingut a partir de la destil·lació de l'hulla (un tipus de carbó mineral). El carbó de coc actua com a combustible per obtenir elevades temperatures i aporta el carboni necessari per a la reducció del ferro.
Pedra calcària
es combina amb el silici del mineral i forma el compost CaSiO3, que és el principal component de l'escòria. Aquest compost sura damunt del ferro fos perquè té una densitat inferior. L'escòria extreta de l'alt forn té un aprofitament posterior en la fabricació de ciment, de formigó i d'aïllants tèrmics en la indústria de l'edificació.
Dins del forn es distingeixen quatre zones per on van passant successivament les matèries primeres des de la boca superior fins al fons del forn o solera:
Zona de deshidratació
el contingut d'humitat que puguin tenir les matèries primeres s'elimina en forma de vapor d'aigua.
Zona de reducció
el monòxid de carboni (CO) en forma de gas produït per la combustió del carbó de coc, segons la reacció:
Zona de fusió
es produeix la fusió del ferro (aliat amb el carboni) que s'escola en forma líquida (ferro colat) en el fons del forn. La combinació de la calcària amb la sílice del mineral forma l'escòria que queda surant damunt del ferro colat.
Zona de carburació
aprox. 1200 °C): el carboni es combina amb el ferro formant l'aliatge fèrric.
Obtenció de l'acer
Convertidor d'Oxigen
És un recipient d'acer de forma cilíndrica i de tronc cònic a la part superior, amb un revestiment interior de ceràmica refractària i obert amb una boca de càrrega per la part superior.Els canvis que es produeixen en el convertidor fan disminuir el contingut de carboni i la proporció d'impureses del ferro colat.
El silici es combina amb l'oxigen (la reacció també desprèn calor) i, posteriorment, l'òxid de silici (SiO2) es combina amb la calç i forma part de l'escòria:
El fòsfor es combina amb l'oxigen i posteriorment amb la calç per formar part de l'escòria:
El carboni del ferro colat es combina amb l'oxigen en una reacció que desprèn calor:
El fron elèctric
Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua i recobert internament per ceràmica refractària. Aquest recipient es tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals els és aplicat un fort corrent elèctric trifàsic.Dins del forn s'introdueix el ferro colat (en fase líquida per estalviar energia), la ferralla oxidada (que aporta l'oxigen) i la calç (per formar l'escòria). Com que el ferro colat i la ferralla són conductors, reben descàrregues elèctriques en forma d'arcs voltaics des dels elèctrodes, amb la qual cosa n'augmenta la temperatura. Es poden afegir, durant el procés, les quantitats necessàries d'elements d'aliatge per obtenir els acers aliats.
El ferro és un dels metalls més abundants en l'escorça terrestre, i es troba en els diferents minerals formant diferents compostos químics
Formes comercials dels acers
Quan surten dels convertidors o dels forns, els acers es troben en fase líquida. Per ser comercialitzats, cal solidificar-los i donar-los una forma adequada. Per a la solidificació hi ha dos procediments:
Colar-los en uns canals per on els donen forma de barra de secció rectangular mentre circulen directament fins a la secció de laminatge
Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. D'aquesta manera s'obté un lingot
Perfils 𝚰 d'ales inclinades
Inclinació de les ales: 14 %
Dimensions: DIN 1025-1: 1963, NF A 45-209 (1983)
secció del perfil
és a dir, la superfície d'un tall transversal
superfície lineal
a superfície total exterior per cada unitat de llargària.
densitat lineal
massa que té el perfil per unitat de llargària.
superfície màssica
a superfície total exterior per cada tona (t) de massa.
Toleràncies: EN 10024: 1995
Estat de la superfície segons norma EN 10163-3: 1991, classe C, subclasse 1
