Metalls ferrososMetalls ferrosos

Unitat 5Unitat 5

ÍNDEXÍNDEX• GRÀFIC DE LA HISTÒRIA DELS MATERIAL

S• HISTÒRIA DELS MATERIALS• CLASSIFICACIÓ DELS MATERIALS• CLASSIFICACIÓ DELS MATERIALS• METALLS

– classificació metalls

• HISTÒRIA METALLS FÈRRICS• adreces internet vídeos• PROCÉS METAL·LÚRGIC

– METAL·LÚRGIA EXTRACTIVA1. Extracció de la mena (mineria)

ÍNDEXÍNDEX2. Pretractament de menes o enrequiment

– Tècniques físiques de separació» Flotació

– Tècniques químiques de separació

– METAL·LÚRGIA• Electròlisi

• COMPARACIÓ METALLS PURS I ALIATGES• NOMENCLATURA ALIATGES• SOLIDIFICACIÓ ALIATGES• DIAGRAMA D’EQUILIBRI DELS ALIATGES• CORBA SOLIDIFICACIÓ Ni-Cu• CORBA ALIATGES EUTÈCTICS • CORBA ALIATGES EUTÈCTICS

ÍNDEXÍNDEX

• ANÀLISI DIAGRAMA D'EQUILIBRI• ELS PRODUCTES SIDERÚRGICS• FERRO PUR• FERRO PUR• VARIETATS AL·LOTRÒPIQUES• CONSTITUENTS ALIATGES Fe-C• CONSTITUENTS ALIATGES Fe-C• DIAGRAMA EQUILIBRI Fe-C• ACERS DIAGRAMA EQUILIBRI Fe-C

ÍNDEXÍNDEX

• ALIATGES DEL FERRO• CLASSIFICACIÓ ACERS• CLASSIFICACIÓ ACERS II• CLASSIFICACIÓ ACERS III (ALIATS)• NOMENCLATURA UNE 36001• DIAGRAMA EQUILIBRI FOSES• CLASSIFIACIÓ FOSES• CLASSIFICACIÓ FOSES II• ALT FORN: FUNCIONAMENT

– obtenció de ferro colat o arrabi– productes resultants alt forn

ÍNDEXÍNDEX– reaccions principals alt forn– reaccions per zones alt forn

• HISTÒRIA FABRICACIÓ D’ACER • CONVERTIDOR D’OXIGEN

– Funcionament del convertidor O2– imatge convertidor d’oxigen– reaccions convertidor

• FORN ELÈCTRIC D’ARC VOLTAIC– Funcionament forn elèctric d’arc– avantatges del forn elèctric– imatge forn elèctric

• LA COLADA DE L’ACER– colada contínua

ÍNDEXÍNDEX• TÈCNIQUES DE CONFORMACIÓ EN CALENT• TÈCNIQUES DE CONFORMACIÓ EN CALENT• FORMES COMERCIALS DELS ACERS• PERFILS NORMALITZATS IPN ACERS• PERFILS NORMALITZATS• METALLS ALIATS EN ACERS ESPECIALS• METALLS ALIATS EN ACERS ESPECIALS• TRACTAMENTS TÈRMICS

– TIPUS DE TRACTAMENTS TÈRMICS• tremp• revingut• recuita• normalitzat

ÍNDEXÍNDEX

• TRACTAMENTS SUPERFICIALS TERMOQUÍMICS– cementació– nitruració

• RECICLATGE DELS METALLS FÈRRICS

• IMPACTE HUMÀ I MEDI AMBIENTAL• EXERCICIS TEST

HISTÒRIA DELS MATERIALSHISTÒRIA DELS MATERIALS

• Edat de pedra (paleolític 10.000 a.c)

• Edat de coure (neolític 5.000 a.c)• Edat de bronze (neolític 1.700 a.c)• Edat de ferro (neolític 800 a.c)• Acers (segle XX)• Plàstics (1950)• Semiconductors (1960)

CLASSIFICACIÓ DELS CLASSIFICACIÓ DELS MATERIALSMATERIALS

• METALLS: – Propietats: bona conductivitat elèctrica i tèrmica, alta

resistència mecànica, rigidesa i ductilitat. – Aplicació: aplicacions estructurals i de càrrega.– Els aliatges dónen propietats desitjables.

• CERÀMICS: – Propietats: baixa conductivitat elèctrica i tèrmica, forts i

durs i a canvi són fràgils.– Aplicació: noves tècniques de procesos de fabricació fan que

siguin resistents a la fractura perquè es puguin utilitzar en aplicacions de càrrega. (vidre, porcellana, refractaris, abrassius i toxanes).

• POLÍMERS:– Propietats: baixa conductivitat elèctrica i tèrmica, baixa

resistència i s’han d’utilitzar a T no altes.– Aplicació: dispositius electrònics, envasos...

CLASSIFICACIÓ DELS CLASSIFICACIÓ DELS MATERIALSMATERIALS

• SEMICONDUCTORS:– Propietats: la seva conductivitat elèctrica

pot controlar-se per l’ús de dispositius electrònics. Són fràgils.

• MATERIALS COMPOSTOS:– Propietats especials que no es troben en

cap dels grups anteriors perquè s’obtenen a partir de 2 o més materials (formigó, resines amb fibres...).

• FUSTA:– Material natural i material artificial.

METALLSMETALLS

• Dels elements que hi ha a la taula periòdica 80 són metalls.

• CARACTERÍSTIQUES GENERALS:– Els electrons més externs en un àtom

neutre són cedits amb facilitat. Per això són conductors, són lluents i mal·leables.

– L’ús de metalls purs és limitat perquè són tous i pateixen corrosió. Per això, la majòria formen part d’aliatges.

CLASSIFICACIÓ METALLSCLASSIFICACIÓ METALLS

• METALLS FÈRRICS:– Ferro pur– Aliatges de ferro:

• Foses• Acers

• METALLS NO FÈRRICS:– Metalls lleugers: alumini i titani– Metalls ultralleugers : magnesi – Metalls pesants: coure, crom, tungstè,

niquel...

HISTÒRIA METALLS FÈRRICSHISTÒRIA METALLS FÈRRICS

• 2400 a.c. Descubriment Mesopotàmia de Fe mineral i altres metalls Pb.

• 1700 a.c. Poble Hitita a Turquia utilitza el Fe per armes.

• 1200 a.c. Arriba a Europa (armes).• 800 a.c. Edat de ferro• 1ª Revolució Industrial (1750-1870)

construcció de màquines de vapor.• S XX utilització de l’acer per la

construcció d’habitatges.

• XTEC. Escola oberta. Videoteca digital

• http://www.youtube.com/watch?v=JO4eeFXHOfo

• Otua2004

PROCÉS METAL·LÚRGICPROCÉS METAL·LÚRGIC

• Hi ha pocs metalls que es trobin en estat pur en la natura: or, plata, mercuri, platí i coure i en quantitats molt petites.

• El procés metal·lúrgic és complicat i consta de diferents fases:– Metal·lúrgica extractiva Obtenció del

metall a partir del mineral i enrequiment (mineria). – Metal·lúrgica afinament i purificació del

metall.– Elaboració aliatgesElaboració aliatges.– Tractaments de metallsTractaments de metalls per facilitar el seu ús.– Indústries metàl·liques: conformació i

mecanització del metall.

METAL·LÚRGIA: Estudi general dels metalls.METAL·LÚRGIA: Estudi general dels metalls.

METAL·LÚRGIA EXTRACTIVA: Obtenció comercial dels metalls METAL·LÚRGIA EXTRACTIVA: Obtenció comercial dels metalls a partir de les menes dels minerals i preparació dels metalls a partir de les menes dels minerals i preparació dels metalls pel seu ús.pel seu ús.

ETAPES:• Extracció de la

mena• Pretractament de

menes o enrequiment

METAL·LÚRGICA EXTRACTIVAMETAL·LÚRGICA EXTRACTIVA

1. 1. Extracció de la mena Extracció de la mena (mineria)(mineria)

Mineral: Els metalls estan combinats químicament amb altres elements formant compostos químics com sulfurs (hematites:Fe2O3, òxids (galena:PbS) i carbonats (Magnesita:MgCO3)

Ganga: Part del mineral que no conté el metall com sorra, roca i argila.

Mena: part aprofitable i rica en el metall.

22. Pretractament de menes o . Pretractament de menes o enrequimentenrequiment

• Prèviament es fa una mòlta o trituració.

• Tècniques físiques de separació.

• Tècniques químiques.

Tècniques físiques de Tècniques físiques de separacióseparació

a)a) Flotació:Flotació: aplicable a substàncies que repeleixen a l’aigua.

b)b) Tamisatge:Tamisatge: separar segons la grandària utilitzant un garbell.

c)c) Filtració:Filtració: fer passar un líquid a través d’un filtre de manera que aquest retingui les partícules sòlides que el líquid duu en suspensió.

d)d) Decantació:Decantació: consisteix a inclinar lleugerament el dipòsit que conté el líquid per extreure’l sense que en surti e sòlid que hi ha al fons.

Abocar partícules d’una mescla de sòlids en un líquid, de manera que les menys denses flotin i les més denses es dipositin en el

fons.

FLOTACIÓFLOTACIÓ

Tècniques químiques de Tècniques químiques de separacióseparació

a)a) Torrada:Torrada: consisteix a escalfar un mineral en forns, habitualment en presència d’aire o d’oxigen per obtenir òxids. Si es tracta d’un sulfur obtindrem òxids.

b)b) CalcinacióCalcinació: és un procés tèrmic al qual se sotmeten els materials amb l’objectiur d’eliminar les substàncies solàtils que contenen.

c)c) Oxidació:Oxidació: les substàncies es combinen amb l’oxigen. Des de el punt de vista químic és una pèrdua d’electrons.

d)d) reducció:reducció: guany d’electrons i es donen en els processos en què una substància perd oxigen. S’utilitza el carbó com reductor alts forns.

METAL·LÚRGIAMETAL·LÚRGIA

• Reducció a metalls lliures.

• Purificació o afinament:– Destil·lacióDestil·lació: el metallés més volàtil que lesseves impureses.– ElectròlisiElectròlisi: mètode

elèctric els metalls s’alliran en forma de cations metàl·lics.

ELECTRÒLISIELECTRÒLISI

• Descomposició de substàncies iòniques com el coure mitjançant l’electricitat. S’obté purificació o afinament fins 98% del metall.

Comporació aliatges i Comporació aliatges i metalls pursmetalls purs

MetallMetall• Més plasticitat. • Menys resistència

mecànica.• Menys duresa.• Més conductors

elèctrics i tèrmics.

AliatgeAliatge• Pèrdua de plasticitat.• Més resistència

mecànica.• Més duresa.• Pèrdua conductivitat

tèrmica i elèctrica.

•Són productes que s’obtenen de la unió de dos o més elements químics, com a mínim un és un metall, amb la finalitat de millorar les propietats.

Nomenclatura aliatgesNomenclatura aliatges

• S’indica la seva composició expressada com % en massa dels elements que intervenen. Exemples:– Acer amb

Fe+0,4%C.

• Noms específics:– Acer: Fe+C– Llautó: Cu+Zn– Bronze: Cu+Sn– Alpaca:Cu+Ni+Z

n– Duralumini:

Al+Cu+Mg+Mn+Si

Solidificació dels aliatgesSolidificació dels aliatges

Corba solidificació metall pur

• TE a partir de la qual tot existeix un equilibri entre la fase líquida i sòlida del metall. Quan es manté cte durant un cert temps es solidifica tot el metall. Una T fusió fixe.

Corba solidificació aliatge binari

No hi ha una T de fusió fixa hi ha un interval de fusió depenent de la proporció dels elements d’aliatge.

DIAGRAMA D’EQUILIBRI DELS DIAGRAMA D’EQUILIBRI DELS ALIATGESALIATGES

• Àrea de Fase líquida: per sobre de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà fase líquida

• Àrea de fase líquida-sòlida• Àrea de fase sòlida: per sota de la línia de sòlid

l’aliatge es troba en fase sòlida.

Corba solidificació Ni-CuCorba solidificació Ni-Cu

Corba d’aliatges eutècticsCorba d’aliatges eutèctics

• Punt eutèctic:valor mínim de la línia líquida que coincideix amb la línia sòlida. Relacionat amb una proporció i T eutèctica.

ALIATGES EUTÈCTICSALIATGES EUTÈCTICS

Els aliatges de proporcions eutèctiques tenen unes característiques especials:– Solidifiquen a una T cte i no per un

interval.– La T de solidificació o de fusió és

més baixa que la dels seus components per separat.

– Donen mescles finíssimes que faciliten l’emmotllament per la fabricació de peces.

Anàlisi del diagrama Anàlisi del diagrama d’equilibrid’equilibri

ELS PRODUCTES ELS PRODUCTES SIDERÚRGICSSIDERÚRGICS

– FERRO PURFERRO PUR– ALIATGES FERRO-CARBONIALIATGES FERRO-CARBONI:

•Foses o ferro colatFoses o ferro colat

•AcersAcers

FERRO PURFERRO PUR

• És el 2º metall més abundant a l’escorça. Es troba en els minerals com:– Òxids: hematites (Fe2O3), magnetita (Fe3O4)– Carbonats: siderita (FeCo3) és la més freqüent.– Sulfurs: pirita (FeS2).

• Propietats:– Baixa resistència mecànica.– Gran tendència corrosió i oxidació.– Punt de fusió: 1539ºC, densitat: 7 kg/dm3– Ductil, mal·leable, molt tou, molt tenaç, conductor

elèctric, magnetizable temporalment.– Fàcilment forjable i soldable.

FERRO PURFERRO PUR

• Aplicacions:– Poques aplicacions.– Construcció de nuclis magnètics motors.– Objectes de forja

• VARIETATS AL·LOTRÒPIQUES Fe:– S’obtenen de fondre la mena del mineral de

ferro i refredar ràpidament la massa obtinguda a partir de diferents intervals de T.

– Els diferents tipus de varietats es diferencien en la seva estructura cristal·lina i per tant tenen unes propietats diferents.

VARIETATS AL·LOTRÒPIQUESVARIETATS AL·LOTRÒPIQUES

Varietat

Magnetisme

Solubilitat C

T

Magnètica Molt baixa Fins a 750ºC

Poc magnèt.

Molt baixa 750-900ºC

No magnèt.

Alta 900-1390ºC

Poc magnèt.

Baixa 1390-1539º

CONSTITUENTS ALIATGES Fe-CCONSTITUENTS ALIATGES Fe-C

• Quan es barreja el Fe i C depenent de:– Tipus de forma al·lotròpica del Fe.– Tipus de forma del carboni:

• Pur• Carbur de ferro Fe3C• Grafit...

– Velocitat de refredament en el procés de solificació.

– Proporció total de carboni de l’aliatge

Dóna lloc als diferents constituents.

CONSTITUENTS ALIATGES Fe-CCONSTITUENTS ALIATGES Fe-C

Constituent

Fe %C Dure (HB)

Resist MPa

(%) Magnet

Ferrita 0,02 90 275 37 Magnet.

Cementita

CFe3 6,67 700 fràgil Fins 220ºC

Perlita 86,5% Ferrit+13,5% Cemen

200 785 15

Austenita 1,76 300 980 30 No magn

Martensita

0,89 495-745

1700-2500

2,5-0,5

Magnet.

DIAGRAMA EQUILIBRI Fe-CDIAGRAMA EQUILIBRI Fe-C

ACERS DIAGRAMA EQUILIBRI Fe-ACERS DIAGRAMA EQUILIBRI Fe-CC

• Los aceros

Aliatges del FeAliatges del FeACERSACERS

• 0,1-1,76 % C.• Forjable• T fusió 1400 ºC.• Alta resistència

mecànica: esforços de tracció i compresió.

• Gran elasticitat.• Soldabilitat.• Fàcil oxidació i

corrosió.• Dúctil.

FOSESFOSES

• 1,8-6,67 % C.• No forjable• T fusió 1100 ºC.• Poques propietats

mecàniques.• Mecanització i

emmotllament fàcil.• Gran resistència al

desgast, absorbeixen vibracions. No soldables.

• Resistents a l’oxidació.• No dúctil.

CLASSIFICACIÓ ACERSCLASSIFICACIÓ ACERS

• ACERS AL CARBONI O NO ALIATS:ACERS AL CARBONI O NO ALIATS:– Baix %C (<0,3%) o acer dolçBaix %C (<0,3%) o acer dolç: tous,

baixa resistència, alta ductilitat, alta tenacitat, són barats d’obtenir. Aplicacions: bigues, carrosseries cotxes, tubs, cargols, claus...

– Mitjà %C (0,3-0,6%):Mitjà %C (0,3-0,6%): durs i resistència, ductilitat i tenacitat mitjana. Aplicacions: martells, engranatges, rodes, cigonyals...

– Alt %C (0,6-1,4%):Alt %C (0,6-1,4%): molt durs, resistència alta, baixa ductilitat i tenacitat. Aplicacions: eines de tall, motlles...

CLASSIFICACIÓ ACERSCLASSIFICACIÓ ACERS

• Els acers al carboni també es poden classificar com:– HipoeutectoidesHipoeutectoides:: tenen ferrita

principalment per això són dúctils i molt tenaços i s’utilitzen per la construcció.

– EutectoidesEutectoides

– HipereutectoidesHipereutectoides: tenen principalment cementita, són durs i fràgils i s’utilitzen per eines. Acers al carbono

CLASSIFICACIÓ ACERSCLASSIFICACIÓ ACERS

• ACERS ALIATS:ACERS ALIATS:– S’afegeixen altres elements per millorar les

propietats de l’acer.• Acers inoxidablesAcers inoxidables: contenen 10,5% i Ni en %

més petita. (18/8). Alta resistència a l’oxidació.• NicromNicrom: acer+Ni (1-4%)+Cr(0,5-2%) inoxidable,

gran duresa i elasticitat. Aplicació: resistències...• RefractarisRefractaris: amb tungstè, titani, molibdè i

cobalt per resistir altes T.• ElèctricsElèctrics: amb silici per reduir la resistència

elèctrica.• RàpidsRàpids: amb crom, tungstè i molibdè, són durs i

resistents a T altes. Aplicació: per eines de tall.

NOMENCLATURA UNE 36001NOMENCLATURA UNE 36001

• Clasificación de aceros y fundiciones.

DIAGRAMA EQUILIBRI FOSESDIAGRAMA EQUILIBRI FOSES

• Es classifiquen com hipoeutèctiques i hipereutèctiques.

• Tenen la propietat d’extendre’s molt fàcilment quan es fonen i per tant donen un fàcil emmotllament.

• La fosa eutèctica es fon 1130º C, la mínima temperatura de fusió de tots els aliatges fèrrics.

CLASSIFIACIÓ FOSESCLASSIFIACIÓ FOSES

• FOSA BLANCAFOSA BLANCA:– Tot el C en forma de Fe3C està

combinat amb el Fe formant cementita.

– Molt dures, fràgils, difícilment mecanitzable, no dúctil i poc tenaç.

– Poc interès industrial.– Fractura blanca. Refredar ràpid.

• FOSA GRIS: fractura grisFOSA GRIS: fractura gris– Tot el carboni forma de grafit i el Fe

en ferrita.– Menys fràgil, més tenaç, es pot

mecanitzar, gran resistència corrosió i al desgast. Fabricació de bancades.

CLASSIFICACIÓ FOSESCLASSIFICACIÓ FOSES• FOSA MAL·LEABLEFOSA MAL·LEABLE:

– Mal·leabilització: T=900ºC i descarburació la f blanca adquereix una mica ductilitat, mal·leabilitat i disminueix fragilitat. Es converteix perlita.

• FOSA NODULARFOSA NODULAR:– Addició de magnesi i niquel a

la fosa gris. Es guanya ductilitat, mal·leabilitat i resistència mecànica. Propietats semblants acers però amb cost més baix.

ALT FORN: FUNCIONAMENTALT FORN: FUNCIONAMENT

• Alt forn té 30-80 m alt i 10-14 m amplada. Estructura d’acer recoberta per material ceràmic refractari.

• Obtenció ferro colat.

• Siemens Metals & Mining

Technologies

OBTENCIÓ DE FERRO COLAT OBTENCIÓ DE FERRO COLAT ARRABIARRABI

• MATÈRIES PRIMERESMATÈRIES PRIMERES:– MINERAL DE FERROMINERAL DE FERRO: òxids de ferro de les menes

(Fe2O3) s’han de reduir per obtenir ferro colat o arrabi. L’O2 del mineral es combina amb el C del COC i es produirà CO2. La mena de mineral també aporta impureses como Si que s’eliminarà en forma escòria.

– COCCOC: actúa com a combustible per obtenir T elevades per fondre el Fe i com agent reductor que aporta C per reduir el Fe.

– PEDRA CALCÀRIA (CaCo3) o FUNDENTPEDRA CALCÀRIA (CaCo3) o FUNDENT: es combina amb el Si o ganga del mineral per formar SiO3 que forma part de l’escòria. Evita l’oxidació del Fe. L’escòria sura per sobre del Fe fos i s’utilitza per fer formigó, ciments...

– AIRE CALENTAIRE CALENT

PRODUCTES RESULTANTSPRODUCTES RESULTANTS

• ARRABI o FERROARRABI o FERRO COLATCOLAT:: És ferro impur que conté aproximadament 95% de Fe, 3-4% de C, 2%Si,P,S i altres impureses.

• FUMS I GASOS RESIDUALSFUMS I GASOS RESIDUALS: s’aprofiten per escalfar l’aire que s’injecta alt forn.

• ESCÒRIA o deixalla metal·lúrgicaESCÒRIA o deixalla metal·lúrgica: s’obté de la combinació del fundent amb el silici formant silicats que s’utilitzen com subproductes per ciment. A vegades s’utilitza per recuperar Fe.

REACCIONS PRINCIPALS ALT REACCIONS PRINCIPALS ALT FORNFORN

REACCIONS PER ZONES ALT REACCIONS PER ZONES ALT FORNFORN

• S’introdueixen les m primeres per la bocana en capes successives i s’injecta aire calent a pressió a la base del forn i s’inicia la combustió.

• Zona de deshidratació (400ºC):Zona de deshidratació (400ºC): s’elimina la humitat en forma de vapor.

• Zona de reducció (700ºC):Zona de reducció (700ºC): en la combustió del COC es forma CO en forma de gas i es combina amb O2 del mineral per formar CO2 i ferro reduït.

• Zona de carburació (1200ºC)Zona de carburació (1200ºC):: el C es combina amb el Fe formant l’aliatge de ferro.

• Zona de fusió (1800ºC)Zona de fusió (1800ºC):: es produeixen la fusió del Fe amb el C donant el ferro colat i la calcària amb el Si forma l’escòria que sura sobre el ferro colat.

HISTÒRIA FABRICACIÓ HISTÒRIA FABRICACIÓ D’ACER D’ACER

• 1855 es va fer servir els convertidors Bessemer i Thomas.

• 1864 els forns Martins-Siemens.• 1900 els forns elèctrics per inducció.• 1948 convertidor LD o d’oxigen.• Als convertidors s'ha d'introduir el ferro

colat líquid ja que no s'aporta cap tipus de calor, en canvi als forns hi ha una aportació externa de calor.

• Els més utilitzats actualment són el convertidor d'oxigen i el forn elèctric.

CONVERTIDOR D’OXIGENCONVERTIDOR D’OXIGEN

• És un recipient d’acer cònic revestit de material refractari.

• Es carrega amb arrabi líquid (1380ºC) en estat líquid + ferralla oxidada (20-30%) que aporta O2 i permet disminuir i controlar la T + calç per formar l’escòria.

• S'introdueix una barra refrigerada que injecta oxigen pur a alta pressió damunt del líquid. L’O2 inicia procesos de oxidació-reducció i es combina amb el C formant CO2 i amb manganeso, silici, fòsfor i sofre per formar l’escòria.

• INFOACERO - Proceso Productivo Siderúrgico• otua2004

Funcionament del Funcionament del convertidor Oconvertidor O22

CONVERTIDOR D’OXIGENCONVERTIDOR D’OXIGEN

REACCIONS CONVERTIDORREACCIONS CONVERTIDOR

• C + O2 CO2 + CALOR• Si + O2 SiO2 + CALOR• SiO2 + CaO CaSiO3 (escòria)• P4 + 5O2 P4O10

• P4O10 + 6CaO 2Ca3(PO4)2 (escòria)• Amb la calor produïda s’aconsegueix que la

massa es mantingui líquida sense la necessitat d’aportació de calor extern.

• El procés es pot anar regulant afegint més ferralla, O2 o calcària. Es poden realitzar procesos d’afinament posteriors i afegir altres elements com crom o níquel per millorar propietats.

FORN ELÈCTRIC D’ARC VOLTAICFORN ELÈCTRIC D’ARC VOLTAIC

• És un recipient d’acer refrigerat externament per un circuit d’aigua i recobert per material refractari.

• Es tanca per una tapa que té tres electrodes de grafit als quals s’aplica un voltatge altern trifàsic molt elevat (900 V) que genera descàrregues elèctriques en forma d’arcs voltaics quan es posen en contacte amb la ferralla i el ferro colat. Es produeix un increment de la T i origina la fusió del contingut.

• Les reaccions d’afinat que es produeixen en l’interior del forn són similars a les explicades pel convertidor a causa de l’O2 de les impureses de la pròpia càrrega. A vegades s’afegeix O2.

Funcionament forn elèctric Funcionament forn elèctric d’arcd’arc

AVANTATGES DEL FORN AVANTATGES DEL FORN ELÈCTRICELÈCTRIC

• Procés més ràpid amb un voltatge d’uns 900 V s’obtenen T molt altes.

• Permet un control més rigurós del procés de fabricació.

• Permet afegir altres elements i obtenir acers especials i aliats. S’ssoleixen T tan altes que permet fondre tungstè.

• Permet un afinament més bó i obtenir millors acers.

• Es pot obtenir acer a partir de ferralla únicament.

FORN ELÈCTRICFORN ELÈCTRIC

LA COLADA DE L’ACERLA COLADA DE L’ACER

• Consisteix en passar directament de l’acer líquid del forn a un semiproducte transformable posteriorment per laminació.

• Tipus:– Colada en lingoteraColada en lingotera: l’acer líquid passa de la

cullera a les lingoteres (motlles) fetes de fosa i el lingot obtingut es transformarà en la forma desitjada posteriorment.

– Colada contínuaColada contínua: l’acer líquid passa per canals a on es dóna forma de barra de secció rectangular i després circula cap el tren de laminatge que es fa en calent per obtenir les diferents formes comercials. Avantatge estalvi energètic perquè no es necessita escalfar el semiproducte.

COLADA CONTÍNUACOLADA CONTÍNUA

COLADA CONTÍNUACOLADA CONTÍNUA

TÈCNIQUES DE CONFORMACIÓ EN CALENTTÈCNIQUES DE CONFORMACIÓ EN CALENT

• LAMINACIÓLAMINACIÓ: consisteix en fer passar el lingot o el semiproducte entre rodets que giren a la mateixa velocitat i sentit contrari (tren de laminatge) reduint-se la secció.

• FORJAFORJA: es modifica la forma per deformació plàstica produïda per pressió o impacte. Millora les propietats mecàniques, la qualitat i la textura de l’acer.

TÈCNIQUES DE CONFORMACIÓ EN CALENTTÈCNIQUES DE CONFORMACIÓ EN CALENT

• EMMOTLLAMENT:EMMOTLLAMENT: es cola l’acer en un motlle que reprodueix la forma desitjada i es deixa solidificar. La qualitat obtinguda és inferior si comparem amb les anteriors tècniques però és més econòmica. Fases: – Construcció i preparació del model.– Fabricació del motlle.– Colada de l’acer.– Desemmotllament de la peça.– Neteja i s’extració de rebaves.– Tractament tèrmic per millorar propietats.– Acabat final.

• .

FORMES COMERCIALS DELS FORMES COMERCIALS DELS ACERSACERS

• Partint de la colada continua o de lingots s'obtenen uns productes semielaborats “desbast”, del desbast s'obtenen els productes elaborats:– Productes plans :Productes plans : xapes de diferents espessors de 0,1

a 20 mm – Productes llargs:Productes llargs: filferro i perfils diversos: rodó,

quadrat, passamà... – Perfils normalitzats:Perfils normalitzats: T , doble T, I, L, U – Tubs:Tubs: quadrat, rodó: amb costures o sense.

• Actualment per donar forma als acers s'utilitza el sistema de colada contínua i posterior laminat en calent.

PERFILS NORMALITZATS IPN ACERSPERFILS NORMALITZATS IPN ACERS

PERFILS NORMALITZATSPERFILS NORMALITZATS

• G (kg/m) densitat linealG (kg/m) densitat lineal: massa per unitat de llargària.

• A (mmA (mm22) secció perfil) secció perfil

• AALL (m (m22/m) superfície lineal/m) superfície lineal: superfície total exterior per cada unitat de llargària.

• AAGG (m (m22/t) superfície màssica/t) superfície màssica: superfície total per cada tona.

METALLS ALIATS EN ACERS ESPECIALSMETALLS ALIATS EN ACERS ESPECIALS

• COBALTCOBALT: – Dóna duresa i augmenta les propietats magnètiques.– S’utilitza en els acers ràpids i acers refrectaris.

• CROMCROM:– Forma carburs molt durs i dóna duresa, resistència i

tenacitat a qualsevol T.– Acers inoxidables i refrectaris.

• MOLIBDÈMOLIBDÈ: – Juntament amb el C és l’element més eficaç per endurir

l’acer. Evita la fragilitat i ofereix resistència la desgast.– Acers ràpids.

• NÍQUELNÍQUEL: – Augmenta la resistència, la templabilitat i dóna una gran

resistència a la corrosió. Acers inoxidables.

METALLS ALIATS EN ACERS METALLS ALIATS EN ACERS ESPECIALSESPECIALS

• PLOMPLOM:– No es combina amb l’acer, es troba en ell en forma de

glòbuls molt petits, com si formés una emulsió.– Facilita la mecanització per despreniment de ferritja

(tornejat, trepat...) perquè actua com lubrificant de tall.

• TUNGSTÈTUNGSTÈ:– Forma amb el ferro carburs molt durs que suporten T molt

altes.– Acers ràpids a on 14-18% és tungstè, permet triplicar la

velocitat de tall de les eines.

• VANADIVANADI: – És desoxidant, dóna als acers una bona resistència a la

fatiga, tracció i poder tallant als acers per eines. • SILICISILICI: dóna elasticitat i en quantitat de 5% magnetisme.

TRACTAMENTS TÈRMICSTRACTAMENTS TÈRMICS

• Són procesos d’escalfament i refredament controlats que modifiquen l’estructura cristal·lina de l’acer (varia proporció dels constituents) i tenen la finalitat de millorar les seves propietats mecàniques.

• Per aplicar aquests tractaments hi ha dos valors de T molt importants:– TAC1: 723ºC comença aparèixer l’austenita723ºC comença aparèixer l’austenita.– TAC2: T variable segons la proporció de C a a

on tota la massa d’acer és austenita.on tota la massa d’acer és austenita.

TIPUS DE TRACTAMENTS TIPUS DE TRACTAMENTS TÈRMICSTÈRMICS

• TREMPTREMP

• REVINGUTREVINGUT

• RECUITARECUITA

• NORMALITZATNORMALITZAT

TREMPTREMP• Augment de la

temperatura (> 900ºC) per aconseguir que tota la massa d’acer es transformi en austenita.

• Refredament ràpid per transformar tota l’austenita en martensitamartensita. Cada acer té una velocitat de refredament i per aconseguir-la s’utilitzen diferents mitjans: aigua, olis minerals, aire a T ambiental...

• Augment de duresa, resistència mecànica i de la fragilitat.

REVINGUTREVINGUT

• Escalfament a temperatures inferiors als 723ºC per evitar obtenir austenita.

• Refredament lent (aire).

• Augment de la tenacitat i reducció de tensions internes, disminució de la duresa, límit elàstic i la resistència mecànica.

• S’aplica als acers trempats per recuperar tenacitat.

RECUITARECUITA

• Escalfament a temperatures superiors a 900ºC, austenització.

• Refredament molt lent. • Disminució de la duresa

i resistència mecànica per facilitar la mecanització. Augment de la plasticitat.

• Procés invers al tremp.• Tipus: recuita contra

acritud,de regeneració...

NORMALITZATNORMALITZAT

• Escalfament fins austenització.

• Refredament a l'aire (velocitat intermitja entre tremp i recuita).

• Reducció de les tensions internes produïdes per la deformació en fred o en calent. Reducció de l’estructura granular i millora de propietats mecàniques.

• S’aplica als acers entre 0,15-0,5% de C que han estat deformats en fred o en calent.

TRACTAMENTS SUPERFICIALS TRACTAMENTS SUPERFICIALS TERMOQUÍMICSTERMOQUÍMICS

• Tenen com a objectiur donar duresa elevada a la superfície de la peça i tenacitat interna.

• Tipus:– CementacióCementació– NitruracióNitruració– Recobriment amb altres metallsRecobriment amb altres metalls:

• Recobriment per electròlisi: cromats, niquelats i galvanitzats.

• Immersió: estanyada.

CEMENTACIÓCEMENTACIÓ• Consisteix en l’enrequiment superficial en C

(0,1-2mm) de la peça d’acer mitjançant la transferència d’aquest a partir d’un medi carburant (COC, líquids com sals foses amb carbonats o gasos com metà).

• La peça es posa amb el carburant a T 850-950ºC durant un determinat temps.

• Finalitat:obtenir peces dures, resistents al desgast i a la abrasió superficialment i amb un nucli tenaç i resilient (engranatges, eixos...).

NITRURACIÓNITRURACIÓ

• Consisteix en enrequir la superfície de les peces (0,2-0,7mm) en N2 per formar una capa molt dura i resistent al desgast.

• S’escalfa la peça a una T de 500ºC amb un corrent de gas amoníac (NH3) durant 1-4 dies.

• Dóna més duresa que la cementació i s’aplica als acers especials que han estat prèviament sotmesos a un tremp (pistons, vàlvules...).

RECICLATGE DELS METALLS RECICLATGE DELS METALLS FÈRRICSFÈRRICS

• El ferro i l’acer es recuperen pel comerç de la ferralla. Aquesta ferralla s’incorpora en el procés de fabricació de productes d’acer.

• Les empreses de recollida selectiva separen els metalls fèrrics de les escombreries mitjançant equips de selecció magnètica.

• Avantatges:– Estalvi de matèries primeres.– Estalvi energètic.

IMPACTE HUMÀ I MEDI AMBIENTALIMPACTE HUMÀ I MEDI AMBIENTAL

• IMPACTE HUMÀ:IMPACTE HUMÀ:– Els treballadors pateixen malalties

professionals com la pneumoconiosipneumoconiosi provocada per la pols dels minerals de Fe.

– Condicions de treball dolentes: altes T.• IMPACTE AMBIENTAL:IMPACTE AMBIENTAL:

- Efecte hivernacle degut a l’alliberació de CO2. Els fums s’han de filtrar.

- Pluja Àcida degut als òxids de S2.- Ebocaments industrials que contaminen

aigües dels rius i del subsòl.- Deixalles dels materials fèrrics.

ACTIVITATSACTIVITATS

• QUESTIONARI SOBRE MATERIALS: FERROSOS I ALTRES METALLS