METAL·LÚRGIA I SIDERÚRGIA

Dídac Castellet, Gerard Guixé i Quique Fernández

1.El procés metal.lurgicMetal·lúrgia: conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls

1.1. Els minerals

Un mineral està format per una part aprofitable i rica en el metall buscat, anomenada mena, i per una altra no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.

Hematites Galena

1.2. Aliatges

Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.

La solidificació dels aliatges

• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.

• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la 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 es trobarà en fase sòlida.

1.3. Els productes metal·lurgics

• Actualment la indústria disposa d’una gran varietat de productes metal·lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests materials, que poden ser metalls purs o aliatges els més utilitzats són els que es mencionen a la taula:

1.4. El ferro i els seus aliatges

• El ferro pur te unes característiques:

– Punt de fusió: 1539 ºC.– Color: blanc grisós.– Densitat: 7.87 g/cm3.– Propietats mecàniques: dúctil i

mal·leable.– Altres propietats: és conductor

i magnetitzable.

Solidificació del ferro

• Comença desde la fase líquida.• Varietats al·lotròpiques:

– Delta: 1539 ºC – massa sòlida.– Gamma: 1539 - 1390 ºC – Massa cristal·lina.– Betta: 1390 - 900 ºC.– Alfa: 900 - 750 ºC.

Aliatges ferro-carboni

• La combinació del ferro en una de les varietats al·lotròpiques, una forma del carboni i la velocitat de refredament s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.

1.5. Els productes siderúrgics: acers i foses

• Acers – Carboni entre 0.1 i 1.76%• Foses – Carboni entre 1.76 i 6.67%

• Per donar forma:– Forja: massa sòlida metall calent – motlle – esforços de compressió.

– Emmotllament: metall líquid – motlle tancat.

• Elements d’aliatge – S’introdueixen en el procés per millorar les propietats.

• Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant e procés, s’anomenen impureses.

1.6. Els productes siderúrgics: acers i foses

• Acers – Carboni entre 0.1 i 1.76%• Foses – Carboni entre 1.76 i 6.67%• Per donar forma:

– Forja: massa sòlida metall calent – motlle – esforços de compressió.– Emmotllament: metall líquid – motlle tancat.

• Elements d’aliatge – S’introdueixen en el procés per millorar les propietats.• Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant e procés,

s’anomenen impureses.

2.Processos d’obtenció del ferro colat i de l’acer

• El ferro es el 2º metall mes abundant a la Terra.

• Es troba en diversos minerals• L’antiga URRS, Xina, Brasil i Australia

disposen de la meitad de les reserves minerals.

2.1.Obtenció del ferro colat: L’alt forn

• Les materies primeres que s’utilitzen per a l’obtencio del ferro colat son:– Mineral de ferro– Carbó de coc– Pedra calcària

• El ferro colat es un aliatge de ferro i carboni.

2.2.Obtenció de l’acer

• Per obtenir l’acer cal descarburar el ferro colat.• Hi ha dos metodes per a la seva obtenció

– El convertidor d’oxigen– El forn elèctric

El convertidor d’oxigen

• S’introdueix el ferro colat.• S’introdueixen la ferralla i la calç.• Entren l’oxigen y aigua freda per

refrigerar.• Buidat de la colada d’acer

El forn elèctric

• S’introdueixen totes les matèries al forn (Ferro colat, ferralla i calç)

• Reben descarregues elèctriques

• Es cola en molles

3.Formes comercials del acers

• Procés:– Fase líquida – motlle – refredament – lingot.– Fase líquida – canals – refredament – barra.

• Característiques normalitzades a cada comunitat.

Interpretar la informació

• Tenim en compte:– Densitat lineal.– Secció del perfil.– Superfície lineal.– Superfície màssica.

4.Tractaments tèrmics

• Sotmessió de l’acer a uns canvis controlats de temperatura per variar les proporcions dels seus constituents.

• Hi ha quatre tipus de tractaments tèrmics:– El tremp.– El revingut.– La recuita.– El normalitzat.

Tremp• Gran proporció de martensita.• S’aconsegueix:

– Duresa.– Resistència mecànica.

Revingut• Temperatures

inferiors a 723 ºC i refredament a l’aire.

• S’aconsegueix:– Tenacitat.– Reducció de tensions

internes.– Menys duresa,

resistència mecànica i límit elàstic.

Normalitzat• Escalfament fins Tª

d’austenització i refredament a l’aire.

Recuita

• Hi ha quatre tipus:– De regeneració: carboni > 0.6%– Globular supercrítica: Acers aliats i eines. Tª màx. superior a la formació

d’austenita.– Estovament: Similar al revingut pero en peces no trampades

previament. Resistència.– Contra acritud: S’elimina l’acritud produïda durant els processos de

conformació en fred.

• S’utilitza per:– Disminuir la duresa.– Augmentar la plasticitat.

• Fàcilment deformable i, per tant, treballable.