Guia de Metalurgia Extractiva-Siderurgia PDF

# UNIDAD V ## **METALURGIA EXTRACTIVA DE MINERALES FERROSO** La Metalurgia extractiva está enmarcada en la Metalurgia de Procesos (química) que tiene por objeto la extracción de metales de sus minerales refinación de metales. Específicamente la metalurgia extractiva de minerales ferrosos se denomina Siderurgia y tiene como finalidad el producir acero. Para la obtención de este producto, se deben cumplir una serie de pases están contemplados en los procesos integrados en Metalurgia Química. procesos integrados se definen como la secuencia coordinada de procesos y operaciones para asegurar una tecnología optima de extracción de los metales. El proceso integrado se representa esquemáticamente por un diagrama de flujo. Ejemplo: (ver página siguiente) ### **Operaciones Unitarias:** Estas no implican ningún cambio en el estado de agregación y/o reacción química, sino cambios físicos. Ejemplo de operaciones unitarias: - Operaciones de Reducción de tamaño, como: Trituración, molienda. - Operaciones de clasificación, como: Clasificación volumétrica, Clasificación gravimétrica. - Operaciones de concentración, como: Concentración manual, concentración magnética, concentración gravimétrica, concentración por flotación. ### **Procesos Unitarios:** Estos implican cambio en el estado de agregación y/o reacción química, ejemplo fusión simple, reductora, destilación, lixiviación de un mineral en un reactivo. Los procesos unitarios se agrupan a base de criterios comunes como: Temperatura, energía utilizada y medio en donde se realiza. Según esto, se conocen tres tipos de procesos: - **Procesos pirometalúrgicos:** - Son procesos que emplean normalmente altas temperaturas para llevar a cabo las reacciones. Las reacciones pueden ocurrir entre fase gaseosa y sólida, Sólido-Sólido o líquido (metal fundido) - líquido (escoria). - **Procesos hidrometalúrgicos:** - Se desarrollan a temperaturas bajas en soluciones acuosas de sales, bases o ácidos a presión constante o variable. - **Procesos Electrometalúrgicos:** - Que utilizan la corriente eléctrica. Estos procesos se dividen en dos sub-grupos: - Procesos electrolíticos: para la extracción del metal útil en soluciones acuosas o en sales fundidas. - Procesos electrotérmicos: Como medio para producir energía térmica ### **Tratamientos preliminares de las menas:** Implican el acondicionamiento y enriquecimiento de las menas. Para los procesos en metalurgia química se necesitan que las menas tengan: - Una combinación química fácil de tratar. - Una concentración en metal útil suficientemente alta. - Una forma fisica apropiada. Estos tratamientos preliminares pueden ser: - Tratamientos mecánicos. - Tratamientos térmicos. ### **Tratamientos mecánicos preliminares:** Son las operaciones de reducción de tamaño, operaciones de clasificación y operaciones de concentración. #### **Operaciones de Reducción de tamaño:** Se aplica a las menas y a los combustibles para obtener una granulometría adecuada para el proceso. Esta granulometría va desde los gruesos ($ > 30 mm) hasta los finos (0,2 mm – 0,01 mm), para obtener toda esta gama de granulometría esta etapa se realiza en diferentes equipos, los cuales se dividen en: - Aparatos para trituración primaria y secundaria, ejemplo.: Trituradoras de mandíbulas, trituradora giratoria, trituradora cilíndrica, trituradoras de martillo. - Aparatos de molienda, Ejemplo.: Molinos de bolas. #### **Clasificación.** Es la separación de los pedazos de varios tamaños en clases granulométricas. La clasificación se realiza según el tamaño, llamada clasificación volumétrica, o según, su peso, llamada clasificación gravimetría. La clasificación volumétrica se lleva a cabo en tamices y por eso lleva el nombre de tamizaje. #### **Concentración:** Es la operación que consiste en separar el metal útil de la ganga o estéril. El que contiene el mayor % del metal útil se llama concentrado y el que contiene el estéril se llama cola. Los métodos de concentración se basan en las propiedades físicas de los minerales como: color, forma, peso específico, permeabilidad magnética, conductibilidad eléctrica, etc. Entre los métodos más conocidos y usados de concentración que encuentran: #### **Concentración Magnética:** La concentración magnética se basa en la propiedad que tienen algunos minerales de ser atraídos por un campo magnético. Función de permeabilidad magnética relacionada con la del aire, los materiales se dividen en paramagnéticos, y diamagnéticos, con (permeabilidad mayor o menor que el aire respectivamente). De los elementos químicos, los materiales son diamagnéticos, con la excepción del 02, que es paramagnético, y los metales con Fe, Mg, Ni, Cr) son paramagnéticos y diamagnéticos (An, Ag, Cu, Bn, Mg, Pb). $ \Delta v $ El carácter diamagnético o paramagnético se transmite a las combinaciones de estos metales. (Óxidos, carbonatos, sulfuros, silicatos). El estéril de una mena generalmente es diamagnético. La separación magnética se aplica para menas cuyo útil es paramagnético (Fe2O3, Fe2O3, TiO2) y ferromagnético. (Fe3O4). El principio de funcionamiento consta en la creación de un campo magnético a través del cual pasará la mena. Las materias paramagnéticas quedarán en el campo y las diamagnéticas pasarán a ser afectadas. Uno de los muchos aparatos de concentración magnética se presenta a continuación: El separador magnético consta de un tambor constituido de chapa de acero al manganeso en cuyo interior se encuentra un electroimán. El material sometido a la concentración (5 - 70 mm.) es traído en el campo magnético creado por el electroimán con un transportador y se deja caer sobre el tambor. Los materiales paramagnéticos están atraídos por el tambor y llevados en el sentido de rotación. Los minerales diamagnéticos continúan su camino y se recogen en unos silos. El material atraído por el tambor, en el momento que ese sobrepasa la barra del campo magnético, se desprenden y caen en otros silos. #### **Concentración por flotación.** Es una operación de concentración que se basa en la propiedad que tienen los minerales de ser o no mojados por el agua. La operación consta en la producción de una espuma, en donde se concentrará el útil, en la superficie de la suspensión. (Para entender mejor la flotación se realiza el siguiente experimento: Se toma una mezcla de cuarzo (SiO2) y galena (PbS) con una granulometría < 0,2 mm y se deja caer en un vaso de agua. Se ve que las partículas de PbS, aunque tienen peso específico mayor, flotan encima mientras SiO2 se va hacia el fondo. Repitiendo el experimento pero son granulometría más grande (aprox. 0,5 mm) se observa que todo el material se va hacia el fondo. Esto significa que la propiedad de flotar se debe a una propiedad del material que tiene efecto solamente a granulometría pequeña. Si se toman dos pedazos de mineral una de galena y la otra del cuarzo, se pulen bien y se añade sobre la superficie pulida una gota de agua se ve que sobre la superficie de la galena la gota es esférica, así mientras que sobre el cuarzo la gota se extiende, lo que significa que las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua son mayores que las fuerzas entre galena y agua y menores que entre las moléculas de agua y cuarzo. Se dice que la galena es hidrofóbica y el cuarzo hidrofibico. Esta propiedad se usa en el proceso de flotación. En la naturaleza no todos los minerales útiles son hidrofóbicos. Fuera de ese, algunas menas tienen más de un mineral útil, que se tendría que separar entre sí, lo que significa que tendría que encontrarse un método para que estos puedan ser transformadas de hidrofóbicas en hidrofibicas o viceversa. Pata que los minerales hidrofóbicos puedan mantenerse mayor tiempo a la superficie de la suspensión, debe formarse una espuma (emulsión de aire en agua). En fin, para ayudar a que las partículas mayores de mineral útil lleguen a la superficie, a través de la suspensión se sopla aire. Las burbujas de aire se adhieren a las partículas hidrofóbicas ayudándole en su subida. Estas condiciones se realizan por la utilización de algunos reactivos llamados reactivos de flotación. Según su acción los reactivos se agrupan en: - **Espumante:** - Ayudan a la formación de una espuma consistente sobre la superficie de la suspensión. Como espumante se utilizan los aceites vegetales (aceite fino) o productos sintéticos en cantidad de 30-150 g/t de material sometido a la flotación. - **Colectores:** - Son sustancias orgánicas que actúan sobre las propiedades superficiales de los minerales transformándolos en hidrofóbicos. - **Depresantes:** - Son sustancias químicas de naturaleza inorgánica que tiene efecto contrario que los colectores. - Entre los más utilizados están NaOH, CaO, cianuro de sodio (KCN), Na2S04- ### **Aparatos para la flotación:** Para concentrar por flotación es necesario cumplir las siguientes condiciones: - El material molido debe ser en forma de suspensión en agua. - Encima de la suspensión se debe formar una espuma consistente que pueda retener el material flotando. - Modificar las propiedades superficiales de los minerales en el sentido de que el estéril sea hidrofóbico y el útil hidofíbico. Los aparatos que se utilizan llevan el nombre de celda de flotación. Función del modo de mantenimiento del material en suspensión se diferencian: - Aparatos de flotación con aire comprimido, a donde el aire tiene también el papel de agitador. # UNIDAD VI ## **SIDERURGIA** La Siderurgia es una parte de la metalurgia extractiva que estudia los procesos de la metalurgia del hierro. Su finalidad es producir acero. Para ello se debe pasar una serie de etapas, las cuales se describen en diagramas de flujo. En Venezuela la C.V.G. Siderurgia del Orinoco C.A. (SIDOR), es la empresa del Estado dedicada a procesar mineral de hierro para obtener productos de acero destinados primordialmente al mercado nacional. El Diagrama de Flujo para lograr dichos productos en Venezuela es mostrado en la siguiente página. Los yacimientos más importantes de mineral de hierro en Venezuela son: Cerro Bolívar (Edo. Bolívar), Cerro El Pao (Edo. Bolívar), Cerro San Isidro. Y las especies mineralógicas explotadas son: - Fe2O3 (Hematites) - Fe3O4 (Magnetita) - y Fe2O3H2O (Limonita). <start_of_image> Schematic representation of the flow chart for the production: ``` Mena de mineral de hierro | +---------------------------------------------+ | | Mineral de hierro Operaciones de reducción de tamaño | | +---------------------------------------------+ | | | | | | | Trituración | | | | | | | | Molienda | | | | | | | | Clasificación | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | Concentración | | Estériles o ganga | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | | | Molienda | | | | | | | | Pelletización | | | | | | | | Secado | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | Endurecimiento | | Pellas quemadas | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | Procesos de reducción | | Gas natural (combustible)| | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | +----------------------+ +------------------------+ | | | | | Planta Midrex | | Planta Hy L | | | | | +----------------------+ +------------------------+ | | | | | Hierro esponja | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | Gases | | Acería eléctrica | | | | | +---------------------+ +---------------------------+ | | | | | Acero | | | +---------------------------------------------+ ``` ### **Pelletización.** Es una operación de aglomeración, que consiste en aglomerar los finos de mineral de hierro formando el producto denominados pellas verdes. Las pellas se fabrican en las plantas de pellas, mediante la mezcla de mineral de hierro con cal hidratada, bentonita y agua, sometiendo luego la mezcla a un calentamiento para eliminar el agua (secado), posteriormente se obtiene un producto endurecido (pella quemada). ### **Procesos de Reducción.** Son procesos mediante el cual se elimina en casi su totalidad el oxigeno contenido en el mineral de hierro, por la acción de agentes reductores, para obtener hierro esponja en los procesos de reducción directa (Midrex y Hy L). Estos procesos usan gas natural como combustible, produciéndose las siguientes reacciones: $ CH_4+ 1/2O_2 \rightarrow CO + 2H_2 $ $ CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2 $ #### **Proceso Midrex:** Este proceso consiste en la reducción de las pellas con una mezcla de H2 y Monóxido de Carbono (CO), la cual es introducida en el horno a una temperatura de 850° C - 1000°C. El combustible es el gas natural el cual ha sido reformado y descompuesto para obtener H2 y CO. Este proceso tiene como producto hierro esponja, el cual se obtiene según la siguiente reacción: $ Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O $ $ Fe_2O_3 + 3CO→ 2Fe + 3CO_2 $ #### **Proceso Hy L:** Este proceso al igual que el Midrex, tiene como producto hierro esponja, obtenido de la pella utilizada como materia prima y según la reacción. $ Fe_2O_3+3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O $ A diferencia del proceso Midrex, el proceso Hy L es del tipo de lecho fijo que produce una descarga intermitente del producto de cada hornal. ### **Acería Eléctrica.** Estos hornos pueden trabajar con: hierro esponja o con la mezcla hierro esponja y chatarra como materia prima para la obtención del acero. En este tipo de horno, el calentamiento del metal se origina debido al arco eléctrico que se formar entre los electrodos de carbón y el baño metálico. La disulfuración y desoxidación del metal se realiza mediante la adición de cal, coque en polvo, espato fluor, etc. Para obtener el acero de la composición requerida se efectúan las oportunas adiciones de elementos de aleación, cuando el análisis indica que la composición del acero es la correcta, se bascula el horno y se cuela el acero en un caldero. # UNIDAD VII ## **CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES FERROSAS** Como se ha visto en la Unidad N° I, en el diagrama de equilibrio Fe-C, las aleaciones ferrosas se clasifican en dos grandes grupos: Aceros y Fundiciones, y que para dicha clasificación, el criterio que se utilizó fue el % de C presente en la aleación. ### **Aceros:** Es una aleación Fe-C, fundamentalmente con un % máximo de carbono de 2%. ### **Clasificación del Acero:** Para clasificar el acero se pueden utilizar varios métodos: - **Método de manufactura:** - Este da lugar al acero bessemer, de hogar abierto, de horno abierto, de horno eléctrico, de crisol, etc. - USO: Generalmente se refiere al uso final que se le dará al acero, como acero de construcción, acero para herramientas, etc. - **Composición Química.** - Este método indica, por medio de un sistema numérico el contenido aproximado de los elementos importantes en el acero. Es el método de clasificación más conocido. Las especificaciones para los aceros representan los resultados del esfuerzo conjunto de la American Iron and Steel Institute (AISI) y de la Society of Automotive Engineers (SAR), en un programa de simplificación destinado a lograr mayor eficiencia para satisfacer las necesidades del acero de la industria de los E.E.U.U. El primer número de los cuatro o cinco dígitos de la designación numérica indica el tipo a que pertenece el acero. De este modo, 1 indica un acero al carbono; 2 un acero al níquel, 3 un acero al níquel-cromo. En el caso de acero de aleación simple, el segundo dígito indica el % aproximado del elemento predominante en la aleación. Los dos o tres últimos dígitos generalmente indican el contenido de carbono medio dividido entre 100. Así, el símbolo 2520 indica un acero al níquel de aproximadamente 5% de níquel y 0,20 % de C. Además de los números, las especificaciones AISI pueden incluir un prefijo literal para indicar el proceso de manufactura empleado en la producción del acero, la SAE emplea las mismas designaciones numéricas de cuatro dígitos que las AISI, pero eliminando todos los prefijos literales. Los números básicos para la serie de cuatro dígitos de los diversos grados de aceros al carbono y de aleación con % aproximados de elementos de identificación son: - 10 xx Aceros al carbono - 11 xx Aceros al carbono, azufre alto, fósforo bajo. - 12 xx Aceros al Carbono, azufre alto, fósforo alto. - 13 xx Aceros al carbono con 0.10% de Ni, 0.12% de Cr y 0.24% de Si - 23 xx Aceros al Ni (3,50%) - 25 xx Aceros al Ni (5%) - 31 xx Aceros al Ni-Cr (3,50% Ni) (33xx) - 3xx Aceros al Mo - 40 xx Aceros al Mo - 41 xx Aceros al Ni-Cr-Mo - 43 xx Aceros al Ni-Cr-Mo - 5xx Aceros al Cr - 61 xx Aceros al Cr-V - 8 xxx Aceros Ni - Cr - Mo - 92 xx Aceros Si En la tabla 7-1 aparecen algunas especificaciones de acero estándar representativo para aceros al carbono y aceros de maquinado libre, así como para aceros de aleación en la Tabla 7-2. # Efectos de pequeñas cantidades de otros elementos: En el análisis previo del diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro, se supuso que sólo estaban presentes el hierro y el carburo de hierro; sin embargo, la tabla 7-1 indica que los aceros comerciales al carbono contienen pequeñas cantidades de otros elementos, además de hierro y carbono, como parte de la composición normal. ### **Azufre.** En los aceros comerciales, el azufre generalmente se mantiene por debajo del 0.05%. Este metaloide se combina con el hierro para formar sulfuro de hierro (FeS), el cual forma, a su vez, una aleación eutéctica de bajo punto de fusión, con hierro que tiende a concentrarse en las fronteras de grano. Cuando el acero se forja o lamina a altas temperaturas, se hace frágil, debido a la fusión del eutéctico sulfuro de hierro que destruye la cohesión entre los granos, permitiendo que desarrollen grietas. En presencia de manganeso, el azufre tiende a formar sulfuro de manganeso (MnS) en vez de sulfuro de hierro. El sulfuro de manganeso puede salir en la escoria o permanecer como inclusiones bien distribuidas por toda la estructura. Se recomienda que la cantidad de manganeso sea de dos a ocho veces la cantidad de azufre. En los aceros de maquinado libre, el contenido de azufre aumenta entre 0.08 y 0.35%. El mejoramiento en maquinabilidad se debe a la presencia de inclusiones sulfurosas más numerosas que hacen pedazos las rebabas, reduciendo de esta manera el desgaste de la herramienta. ### **Manganeso.** Este metal está presente todos los aceros comerciales al carbono en el intervalo de 0.03 a 1.00%. La función del manganeso de contraponerse a los malos efectos del azufre ya se hizo notar. Cuando hay más manganeso presente que la cantidad requerida para formar MnS, el exceso se combina con carbono para formar el compuesto Mn3C que se asocia con el carburo de hierro, Fe3C en cementita. El manganeso también promueve la solidez de las piezas fundidas de acero a través de su acción de desoxidación en acero líquido. ### **Fósforo.** El contenido de fósforo generalmente se mantiene por debajo del 0.04%, cantidad que tiende a disolver en ferrita, aumentando ligeramente la resistencia y la dureza. En algunos aceros, del 0.07 al 0.12% de fósforo parece mejorar las propiedades de corte. En mayores cantidades, el fósforo reduce la ductilidad, aumentando con ello la tendencia del acero a agrietarse cuando se trabaja en frío. ### **Silicio.** La mayoría de los aceros comerciales contienen entre 0.05 y 0.3% de silicio. Este metaloide se disuelve en ferrita, aumentando la resistencia del acero sin disminuir en mucho la ductilidad. Promueve la desoxidación del acero líquido a través de la formación de dióxido de silicio, SiO2, tendiendo así a dar mayor solidez en la pieza fundida. Los aceros al carbono a su vez se clasifican de acuerdo a su dureza, de la manera siguiente: - Aceros Extra suaves 0,1 a 0,2% C - Aceros Suaves 0,2 a 0,3 % C - Aceros semisuaves 0,3 a 0,4% C - Semi duros 0,4-0,5% C - Duros 0,5-0,6% C - Extra duro 0,6-0,8% C Solo se fabrican aceros al carbono hasta 0,8% C, es decir aceros hipoeutectoides, por ser los más comerciales (por su grado de dureza). ### **Aceros Aleados:** Los aceros al carbono son muy satisfactorios donde la resistencia y otros requisitos no son muy severos. Estos aceros se utilizan también con todo éxito a las temperaturas comunes y en atmósferas que no son altamente corrosivas, pero su templabilidad relativamente baja, limita la resistencia que puede obtenerse, excepto en secciones regularmente delgadas. Casi todos los aceros endurecidos se revienen para reducir las tensiones internas. La mayoría de las limitaciones de los aceros al carbono pueden vencerse mediante el uso de elementos de aleación. Un acero aleado puede definirse como aquel cuyas propiedades características se deben a algún elemento diferente del carbono. Aunque todos los aceros al carbono contienen moderadas cantidades de manganeso (hasta del 0.90%) y silicio (hasta del 0.30%) no se consideran aleados, porque la función principal del manganeso y del silicio es actuar como desoxidadores. Ellos se combinan con el oxígeno y con el azufre, para reducir el efecto nocivo de dichos elementos. ### **Propósito de la aleación.** Los elementos de aleación se añaden a los aceros para muchos propósitos, entre los cuales los más importantes son: - Aumentar la templabilidad; - Mejorar la resistencia a temperaturas comunes; - Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas; - Mejorar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima; - Aumentar la resistencia al desgaste: - Aumentar la resistencia a la corrosión, y - Mejorar las propiedades magnéticas. Los elementos de aleación pueden clasificarse de acuerdo con la forma en que se distribuyan en los dos constituyentes principales de un acero recocido. - **Grupo 1.** Elementos que se disuelven en ferrita y - **Grupo 2.** Elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos. ### **Efecto de los elementos de aleación en la ferrita.** Desde el punto de vista técnico, probablemente hay alguna solubilidad de todos los elementos en la ferrita, pero ciertos elementos no se encuentran extensivamente en la fase carburo. De esta manera, el níquel, el aluminio, el silicio, el cobre y el cobalto se hallan ampliamente disueltos en ferrita. En ausencia de carbono, se encontrarán disueltas en ferrita grandes proporciones de elementos del grupo 2; por tanto, la tendencia a formar carburos es obvia sólo cuando hay gran cantidad de carbono. La Tabla 7-3 muestra el comportamiento de los elementos individuales, y la tendencia relativa de ciertos elementos a existir en ambos grupos, se indica por el tamaño de la punta de las flechas. Cualquier elemento disuelto en ferrita aumenta su dureza y su resistencia de acuerdo con los principios generales del endurecimiento por solución sólida. El orden de incremento de efectividad en hierro reforzado, basada en adiciones iguales por peso, parece ser como sigue: cromo, tungsteno, vanadio, molibdeno, níquel, manganeso y silicio. ### **Efectos de los elementos de aleación en el carburo.** Como todos los carburos encontrados en los aceros son duros y frágiles, su efecto en las propiedades tensiles a temperatura ambiente es análoga, sin importara la composición específica. La presencia de elementos que forman carburos influyen en la temperatura de endurecimiento y el tiempo necesarios para obtener un calentamiento total y uniforme. > **Tabla 7-3. Comportamiento de los elementos individuales en un acero recocido.** | ELEMENTO DE ALEACIÓN | GRUPO 1 DISUELTO EN FERRITA | GRUPO 2 COMBINADO EN CARBURO | | :----------------------- | :--------------------------------- | :-------------------------------- | | Niquel | Ni | | | Silicio | Si | | | Aluminio | Al | | | Cobre | Cu | | | Manganeso | Mn | Mn | | Cromo | Cr | Cr | | Tungsteno | W | W | | Molibdeno | Mo | Mo | | Vanadio | V | V | | Titanio | Ti | Ti | Los carburos son lentos de disolver y tienden a no disolverse en austenita. Esto hace que disminuyan los contenidos de carbono y aleación en la austenita a una cantidad por debajo de la cual tiene el acero en general. Los carburos no disueltos también actúan para reducir el crecimiento de grano. Ambos efectos tienden a reducir la templabilidad. Cuando están disueltos en austenita, los elementos formadores de carburo favorecen grandemente el endurecimiento profundo. Aunque todos los carburos encontrados en el acero son compuestos duros y frágiles, los carburos de cromo y vanadio resultan excepcionales en dureza y resistencia al desgaste. La dureza y la resistencia al desgaste de los aceros aleados ricos en carburos las determinan en gran medida la cantidad, el tamaño y la distribución de estas partículas duras. A su vez, estos factores son controlados por la composición química, el método de manufactura y el tratamiento térmico. ### **Aceros al níquel (serie 2 xxx)** El níquel es uno de los más viejos y el más fundamental de los elementos de aleación de los aceros. Tiene ilimitada solubilidad en hierro gamma (y) my es altamente soluble en ferrita, contribuyendo a la resistencia y tenacidad de esta fase. Además, disminuye las temperaturas críticas del acero, amplía el intervalo de temperatura para, un tratamiento térmico exitoso, retarda la descomposición de la austenita y no forma carburos que puedan resolverse con dificultad durante la austenización. Asimismo, reduce el contenido de carbono del eutectoide; por tanto, la estructura de los aceros no endurecidos al níquel contiene mayor porcentaje de perlita que los aceros al carbono tratados de manera similar. Como la perlita se forma a una temperatura menor, es más fina y tenaz que la de los aceros no aleados. Estos factores permiten obtener ciertos niveles de resistencia con inferiores contenidos de carbono, incrementando de esta manera la tenacidad, la plasticidad y la resistencia a la fatiga. Los aceros al níquel son altamente adecuados para aceros estructurales de gran resistencia, los cuales se utilizan en la condición de laminado o para grandes forjas no adaptables al templado. Los aceros al 3.5% de níquel (serie 23 xx) con bajo contenido de carbono se emplean extensivamente para carburizar engranes de transmisión, tornillos de bielas, pernos y seguros (chavetas). Los aceros al 5% de níquel (serie 25 xx) proporcionan mayor tenacidad y se utilizan para aplicaciones de trabajo pesado, como engranes para camiones y autobuses, levas y cigüeñales. El níquel tiene sólo un ligero efecto sobre la templabilidad, pero es relevante en su capacidad para mejorar la tenacidad, sobre todo a bajas temperaturas. Aunque los aceros al níquel de la serie 2xxx se han eliminado de la clasificación AISI-SAE de aceros aleados estándar, no significa que no se manufacturen. Eliminar la clasificación simplemente significa que el tonelaje producido está por debajo de cierto mínimo. Los aceros en esta serie se han remplazado ampliamente en muchas aplicaciones por los aceros más económicos, de triple aleación, de la serie 86xx. > **TABLA 7-4. Efectos específicos de los elementos de aleación en el acero.** | ELEMENTO | SOLUBILIDAD SOLIDA EN HIERRO GAMMA | SOLUBILIDAD SOLIDA EN HIERRO ALFA | INFLUENCIA EJERCIDA POR MEDIO DEL CARBURO | INFLUENCIA EN LA FERRITA | INFLUENCIA EN LA AUSTENITA (PROF/DIST. DE DUREZA) | FUNCIONES PRINCIPALES | | :---------- | :-------------------------------------- | :------------------------------------ | :-------------------------------------------------- | :------------------------------------------------- | :-------------------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------ | | Aluminio | 1.1% | 1.1% | | La endurcece | 360 | 1. Desoxida eficazmente | | | | | | | | 2. Restringe el crecimiento de grano (por formación de Oxidos o nitruros dispersos)| | | | | | | | 3.Elemento de aleación en la nitruración del acero| | Cromo | 12.8 | Ilimitada | Se disuelve en austenita, | La endurece ligeramente: | considerablemente por solución sólida | 1. Aumenta la resistencia a la corrosión y a la oxidación | | | | | grantiza el acero | | Aumenta ligeramente is resistencia a la corrosión. | 2. Aumenta la templabilidad | | | | | | | | 3. Añade alguna resistencia a altas temperaturas | | | | | | | | 4. Resiste la abrasión y al desgaste (con alto contenido de carbono)| | Cobalto | Ilimitada | 755% | Semejante al Fe mayor que: Fe; menor que: Cr | La endurece considerablemente por solución sólida| Cuando está disuelta disminuye al Fe, | 1. Contribuye a conservar la dureza al rojo, endureciendo la ferrita | | | | | | | (menor con temperatura disminuida) | | | | | | | La endurece marcadamente: reduce la plasticidad| | 2. Aumenta a bajo costo la templabilidad | | Manganeso | Ilimitada | Ilimitada | Mayor que: Mn; menor que: W | La endurece ligeramente: | | 1. Contrarresta la fragilidad por revenido | | | | | | | | 2. Aumenta la templabilidad | | Molibdeno | 30± | 37:99% | Mayor que: Cr | La endurece marcadamente; | | 1. Eleva la temperatura del inicio de crecimiento del grano de la austenita | | | | | | | | 2. Profundiza el endurecimiento secundario | | | | | | | | 3. Contrarresta la tendencia a la fragilidad por revenido | | | | | | | | 4. Aumenta las resistencias a la temperatura, a la fluencia y a la dureza al rojo | | | | | | | | 5. Mejora la resistencia a la corrosión en aceros inoxidables | | | | | | | | 6. Forma particulas resistentes a la abrasion | | Níquel | Ilimitada | Ilimitada | Fuerte; | La hace resistente: | mayor que: Cr | 1. Hace resistentes los aceros no templados recocidos | | | | | mayor que: Cr | y tenaz por solución sólida| | 2. Hace tenaces, los aceros perlítico-ferréticos (especialmente a baja temperatura)| | | | | | | | 3. Austesiza las aleaciones de hierro al alto cromo| | Titanio | 0.5% | 2.8% | Despreciable | La endurece con bastantes | <br

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