semana 12

EL ACERO

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.

USOS DEL ACERO:

El acero se usa para la fabricación de herramientas, utensilios, equipos mecánicos, partes de electrodomésticos y maquinas industriales. El acero se consume en la construcción de camiones y de maquinaria para la agricultura.

Las construcciones ferroviarias, ya sea de vías o material rodantes, consumen grandes cantidades de acero. Se puede encontrar este elemento en la industria de las armas, sobre todo en el armamento pesado, vehículos blindados y acorazados. Los astilleros que construyen barcos petroleros, gasistas y buques cisternas son grandes consumidores del acero.

Otra industria que recurre mucho acero es la automotriz, ya que muchas partes de los automóviles están compuestas por ese material, por ejemplo: el cigüeñal, piñones, ejes de transmisión de caja de velocidades y brazos de articulación de la dirección.

En la vida cotidiana encontramos el acero en envases como latas de conservas o bebidas,  o bidones para pinturas, grasas o solventes.

También es un elemento importante que se utiliza para las estructuras de viviendas comunes y en gran parte de los edificios modernos.  Es utilizado para armar el hormigón, reforzar los cimientos, transportar agua o gas. Es fundamental para formar el armazón de los edificios, además es utilizado como revestimiento en fachadas y techos.

ACERO GRADO 60°:

USOS:

Se utilizan en la construcción de edificaciones de concreto armado de todo tipo: en viviendas, edificios, puentes, obras industriales, etc.

NORMAS TÉCNICAS:

Composición Química, Propiedades Mecánicas y Tolerancias dimensionales:

- ASTM A615 Grado 60
- Norma Técnica Peruana 341.031 Grado 60.
- Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú.

PRESENTACIÓN:

 Se produce en barras de 9 m y 12 m de longitud en los siguientes diámetros: 6 mm, 8 mm, 3/8", 12 mm, 1/2", 5/8", 3/4", 1" , 1 3/8". Previo acuerdo, se puede producir en otros diámetros y longitudes requeridos por los clientes.
Se suministra en paquetes de 2 toneladas y en varillas. Las barras de 6 mm también se comercializan en rollos de 550 Kg.

ENSAYOS MECÁNICOS DEL ACERO:

Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que deben tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas...

Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos.

Tracción:

• El objetivo principal es someter una probeta aun esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produzca su colapso o rotura. La dimensión y condición de la probeta se encuentra previamente normalizada.

• ES EL ENSAYO DESTRUCTIVO MÁS IMPORTANTE, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

• Las curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial.

• Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material Alcanza el punto de fluencia, desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. El valor límite entre la zona elástica y la zona plástico es el punto de fluencia y la fuerza que lo produjo la designamos como límite de fluencia (LF).

         LIMITE DE FLUENCIA:

El límite de fluencia es el punto donde comienza el fenómeno conocido como fluencia, que consiste en un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada en un ensayo de tracción. Hasta el punto de fluencia el material se comporta elásticamente, siguiendo la ley de Hooke, y por tanto se puede definir el módulo de Young. No todos los materiales elásticos tienen un límite de fluencia claro, aunque en general está bien definido en la mayor parte de metales.

También denominado límite elástico aparente, indica la tensión que soporta una probeta del ensayo de tracción en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

         LIMITE ELÁSTICO:

El límite elástico, también denominado límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta un comportamiento plástico deformaciones permanentes y no recupera espontáneamente su forma original al retirar las cargas. En general, un material sometido a tensiones inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke.

Los materiales sometidos a tensiones superiores a su límite de elasticidad tienen un comportamiento plástico. Si las tensiones ejercidas continúan aumentando el material alcanza su punto de fractura. El límite elástico marca, por tanto, el paso del campo elástico a la zona de fluencia. Más formalmente, esto comporta que, en una situación de tensión uniaxial, el límite elástico es la tensión admisible a partir de la cual se entra en la superficie de fluencia del material.

  RESISTENCIA A LA TRACCIÓN:

El hormigón tiene que estar endurecido y curado con las condiciones normalizadas de laboratorio y romper las probetas a los 28 días, o al tiempo y circunstancias que se determinen en cada caso.

Si se trata de testigos, se tratarán de acuerdo con los condicionantes y prescripciones de la norma genérica que los trata.

Antes de colocar la probeta en la máquina de ensayo se dibuja, en cada cara, una línea que marque un diámetro del mismo plano axial. Se trazan las generatrices que unen los extremos correspondientes a los diámetros marcados.

Estas generatrices corresponden al plano de rotura.

Se mide la probeta en todas sus direcciones con precisión de 1 mm.

Se elimina el posible exceso de humedad de la superficie y se coloca la probeta en el dispositivo de ensayo con la generatriz trazada sobre una banda de fibras prensadas de 10 mm de ancho, 4 mm de espesor y una longitud superior a la de la probeta.

Después se sitúa, sobre la generatriz superior opuesta otra banda idéntica a la descrita y sobre ésta una barra de sección rectangular mínima de 50 mm de anchura y de espesor igual o superior a la mitad de la diferencia entre la longitud de la probeta y la mayor dimensión del plato de la prensa.

  

 ALARGAMIENTO:

Limite elástico y Resistencia a la tracción

    ESTRICCION:

La estricción es la responsable del tramo de bajada en la curva tensión - deformación, y hace que se llegue a la rotura cuando la carga es inferior a la carga máxima aplicada, diferencia que se acrecienta con la tenacidad del material.

       MODULO DE ELASTICIDAD:

El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o módulo de cizalla, para la mayoría de los materiales, en concreto los materiales isótropos guarda una relación fija con el módulo de elasticidad longitudinal y el coeficiente de Poisson:

           ENSAYO DE COMPRESIÓN:

El ensayo de compresión es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de esta y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo.

El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracción un periodo elástico y otro plástico.

En los gráficos de metales sometidos a compresión, que indica la figura siguiente obtenidas sobre probetas cilíndricas  de una altura doble con respecto al diámetro, se verifica lo expuesto anteriormente, siendo además posible deducir que los materiales frágiles (fundición) rompen prácticamente sin deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia, ya que se deforman continuamente hasta la suspensión de la aplicación de la carga, siendo posible determinar únicamente, a los efectos comparativos, la tensión al límite de proporcionalidad.

  COEFICIENTE DE POISON:

El coeficiente de Poisson corresponde a la razón entre la deformación transversal y la elongación longitudinal en un ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y transversal:

DUREZA:

La dureza se define ingenierilmente como la resistencia a la penetración. Esta resistencia es la función de las propiedades mecánicas del material, sobre todo de su límite elástico y, en menor grado, de su tendencia al endurecimiento de trabajo, y del módulo de elasticidad. Por tanto, las pruebas de dureza pueden proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas importantes. Y, puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y rápidamente, se usan ampliamente y se emplean para controlar procesos, así como para inspeccionar y determinar la aceptación de materiales y componentes.

• Las pruebas de dureza comunes se basan en la aplicación lenta de una carga fija a un muescador que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quita la carga, se mide el área o bien la profundidad de la penetración, lo cual indica la resistencia a la carga.

YACIMIENTOS DE MATERIAS PRIMAS

Las materias primas que se usan para producir acero son, básicamente, mineral de hierro, carbón y caliza.

PROCESO SIDERURGICO DEL ACERO

Consiste en la metalurgia de las aleaciones de hierro (Fe) y el carbono (C), los cuales son fundamentales y se obtienen de los procesos de reducción que consisten en el procesos por el cual el material pasa por el alto horno, oxidación y desoxidación comprenden la acería.

Se denomina de esta manera al proceso de varios pasos en los cuales se obtendrá un resultado desde una materia prima como el mineral de hierro y el carbón de coque, hasta un producto final como el acero.

El acero es una aleación en donde intervienen componentes fundamentales como:

 HIERRO (Fe) ; CARBONO (C)

Aquí veremos una serie de imágenes en las cuales especificaran el proceso por el cual se obtiene el acero:

• El mineral de hierro se extrae de  unos yacimientos montañosos, los cuales están compuestos en su mayor parte de la mena. Los cuales son obtenidos por medio de explosivos en la montaña a si extrayendo grandes cantidades del mineral de hierro, el cual es recogido por grandes volquetas y a si son llevadas a su siguiente proceso.
• El carbón coque es liviano y poroso y tiene gran concentración de carbono, el cual es obtenido de las plantas de coquización, en las cuales es seleccionado  el carbono cuidadosamente para obtener las mejores propiedades químicas y granulométricas que cumplan con los requisitos de uso en la industria. La coquización consiste en calentar el mineral durante 16 horas para que separe sus componentes volátiles y alquitrán.

Cuando se obtienen un mineral fino que cumplan con ciertas especificaciones como un granulado menor de 10 mm, por consiguiente le material es llevado a la explotación minera donde se fabrican los “pellets” o “pelets” que poseen forma de pelotas con mineral de hierro concentrado y aglomerado. Esta forma que toma el mineral se usa para facilitar el transporte de este. Esta consiste en una forma de emplear el mineral de hierro y existe otra llamada “sinter”, el cual es fabricado en una fábrica siderúrgica para el aprovechamiento de los finos los cuales son generados en el proceso siderúrgico  el cual tiene concentraciones de minerales de hierro, coque y fundente, como también la cascarilla que se genera en el proceso de de laminación en caliente.

También en la siderurgia existen diferentes procesos de reducción de mineral  como:

El alto horno consiste en la transformación de mineral (Fe) en hierro de primera fusión (arrabio) la cual es una fundición con contenidos de carbono del 3% al 4% e impurezas.

RESULTADO FINAL

Después de una serie de pasos y tratamientos a el mineral de hierro el cual también es combinado (aleación) las cuales brindan a el acero unas propiedades físicas específicas, después de que el acero pasa por el alto horno y está ya fundido pasa por diferentes moldeos los cuales hacen que el material sea manejado a cierta temperatura para que de esta manera mantenga su forma y sea maleable.

El acero puede ser obtenido en tiras delgadas o cables de grandes magnitudes, también puede ser obtenido en formas de vigas o rectangulares en diferentes dimensiones y por ultimo existe otra forma de obtención del acero el cual consiste en tenerlo en láminas. Cada uno de esas obtenciones tienes variados usos y aplicaciones en la industria.