• Author / Uploaded
• Marelin Humpiri

Citation preview

METALES FERRROSOS FIERRO COCHINO Definición.Fierro cochino, arrabio, lingote o hierro de primera funsión, es el material que se obtiene de la extracción de minerales naturales de hierro. Los distintos nombres que recibe indican sus principales características, es decir que tiene muchas impurezas, Que sirve para la preparación subsiguiente de otros productos ferricos, y que se obtiene de una fundición primeriza de los minerales. Minerales de hierro.Metalurgia es el arte de extraer metales de los minerales respectivos y diversos métodos para trasformarlos después hasta darles la composición y la forma necesaria para su aprovechamiento industrial. Ahora bien, en la metalurgia del fierro, llamada también siderurgia, los minerales más empleados son: Hematina roja, (Fe203).- Sexquióxido de hierro. Mineral de color oscuro que varia de negro a rojo-ladrillo. Contiene hasta 70% de hierro puro. Es muy abundante en la naturaleza y el más importante en la obtención de hierro. Hematita parda o limonita, (Fe2O3 – H20).- mezcla de hidrato y oxidó ferrico. Varia en color desde el pardo oscuro hasta el pardo amarillento. Como la formula química lo indica contiene agua combinada quimicamente, la cual puede llegar hasta un 14.5 %. Es una de las pocas sustancias amorfas que existen en el globo. Este mineral puede tener hasta el 60% de hierro puro; pero el más abundante solo alcanza a 40 ó 50%. Magnetita, (Fe304).- Oxido ferroso-ferrico.- Es el mineral más rico y también el más duro, presentándose en forma granular. Contiene hasta 72% de hierro puro. Con frecuencia se encuentra acompañado de óxido de titanio, coma impureza, que es muy difícil y costoso de eliminar por que en este caso el mineral resulta desmejorado. Siderita, siderosa o hierro espático, (Fe CO3).- Carbonato de hierro. Es mineral gris o de color pardo; contiene 48% de hierro. Este mineral expuesto a la intemperie se trasforma en limonita y también en hematina roja. Su nombre se deriva de la voz “sideros” que significa hierro, en griego. Clasificación de los minera1es.-

Desde un punto de vista que nos interesa, los minerales de fierro de acuerdo con su contenido de fósforo son clasificados en: Bessemer Menos de O.05 % de P No Bessemer 0,05 á 0.18 % de P Fosforoso Según otras impurezas:

Más

de

0.18 % de P.

Manganíferos 5.00 á 10.00 % de Mn Silicosos más de 18.00 % de Si O2 Tratamiento preliminar de los minerales de hierro.Los minera1es ricos no necesitan tratamiento antes de pasar a Los hornos, pero los demás requieren acciones preliminares previas a su fundición. Entre los tratamientos previos se encuentra la trituración de los minerales a trozos menudos; el lavado, para eliminar las tierras. Y fangos; y la calcinación o calentamiento a fin de hacer perder el agua ó anhídrido carbónico. Otras veces se oxidan las gangas; y cuando el mineral contiene azufre se le tuesta para eliminar esta impureza, pero solo se pueden emplear minerales que contengan azufre en pequeña cantidad. Fundición del hierro.La fundición de minerales de hierro o sea su transformación en arrabio se practica en hornos, en los cuales se obtiene el calor quemando combustible y también por medios eléctricos. A los primeros por sus dimensiones excepcionales se les llama altos hornos; y a los segundos, hornos eléctricos simplemente, y a la industria respectiva electro-siderurgia. Tanto en un sistema como en otro, lb que se persigue es reducir los óxidos por el H, o por el CO; y además conseguir la desfosforacion y desulfuración de los minerales. Son pues impurezas del hierro; el 0, P, S y As. Estas purezas, en mayor o menor grado, lo hacen quebradizo. Por el contrario, para mejorar sus cualidades se le añade exprofeso: C, Si, Mn, Ni, Cr, W, Mo , V y Co. Altos hornos.- Son enormes cavidades metálicas o de albañilería de 20.00 a 30.00 m. de altura, revestidas interiormente con ladrillos refractarios básicos. Presentar la forma de dos troncos de cono unidos por sus bases. Por la parte inferior se impele una fuerte corriente de

aire, por tubos especiales llamados taberas, que tiene por objeto facilitar la combustión. El horno se carga por la parte superior llamada tragante, con capas alternadas de combustible, mineral y materia fundente. Como combustible se emplea carbón de piedra, cok, carbón vegetal, etc.; y corno fundente principalmente minerales calcáreos en todas sus composiciones. Además del tragante, reciben nombre especial, la cuba o cuerpo del horno, el vientre que es su parte más ancha, y el crisol que es la sección inferior. En la parte inferior del horno presenta dos aberturas principales; una para la extracción de las escorias y cenizas, y la otra la del metal fundido. De tiempo en tiempo se punza la parte inferior de la carga y el metal fundido sale en forma de chorro, que se reparte fácilmente, como un liquido, en surcos paralelos abiertos en un campo de arena, situado al pié de los hornos, donde se enfría y toma la forma de lingotes de fundición. Ya se ha dicho que por las toberas se inyecta en el horno aire, el que por razones de economía y metalúrgicas, se calienta previamente, pero para esta inyeccion se aprovecha aire puro mezclado con los gases que se escapan del mismo horno, los cuales son combustibles. En el dibujo adjunto se da el proceso químico que sufre el mineral en su descenso, y que es precisamente el que motiva la gran altura del horno, las temperaturas desarrolladas en su interior, y algunos otros detalles del horno. En todas las plantas modernas de estos hornos, se utilizan los gases desprendidos de ellos no solo para calentar el aire que va a las toberas, como ya se ha dicho, sino que se les destila obteniéndose diversos productos como gas de alumbrado, amoniaco, etc. Según la clase de combustible empleado. Las escorias se aprovechan para la

fabricación cementos pobres, y también como agregados gruesos para la preparación de concretos. Hornos eléctricos de fundición.- En los últimos años a comenzado a emplearse la electricidad para generar calor en loa hornos de fundición, pero con esta energía se usa siempre carbón, el que actúa principalmente como reductor; también se usan los fundentes. La proporción de carbón necesario es menor, estimándose que llega a ser un tercio de la que requieren los altos hornos. La fundición del metal se obtiene por el calor desarrollado por un arco voltaico que salta entre electrodos de carbón. La electro-metalurgia del hierro es relativamente moderna y todavía son poco numerosas las instalaciones existentes; pero se asegura que se han obtenido buenos resultados con ellas. Planta de Chimbote.- En el puerto de Chimbote se ha instalado una planta industrial de hierro, donde se funde el mineral proveniente de los yacimientos de Marcona, que se encuentran a poca distancia de la bahía de San Nicolás, en el departamento de Ica. Se usa el carbón explotado por la Corporación del Santa, y como fundente, calcareos muy abundantes en la zona de Ancash. El mineral de hierro es una hematita muy dura y densa, más o menos impregnada de magnetita y fierro oligisto. Se considera que para una producción diaria de 300 tn. de fierro cochino se, requieren 1,000 tn, de antracita. En cuanto a la planta de acero, está equipada con dos hornos eléctricos de fierro cochino, dos hornos eléctricos de acero, y tres plantas de rodamiento. Las instalaciones de rodamiento incluyen un sistema de unidades para producir planchones y barras gruesas, un sistema para producir varillas y otro para producir planchas de acero. del

Esta planta comenzó a producir sus materiales a principios año 1958 con sus tres secciones; fierro cochino, acero y laminaciones.

Clases de hierro cochino.Son diversos los sistemas de clasificar los hierros cochinos, que se encuentran en el mercado. Uno de ellos consiste en hacerlo según el combustible empleado, Otro, según la composici6n química, teniendo en cuenta el contenido de Si, P, etc., correspondiendo a esta

clasificación los hierros cochinos “spliegeleisen” ó hierros especulares, ferro-manganeso, etc. Por último, otra clasificación se hace teniendo en cuenta el color, la dureza y el carácter de fractura, etc. La clasificación más importante es aquella que tiene en cuenta el empleó posterior del hierro cochino, que no es en realidad sino materia prima para la obtención de hierros y aceros, y así se dice: hierro cochino para hierro colado, para acero Bessemer, etc., diferenciándose unos de otros, principalmente por la composición química. HIERRO COLADO Definición.Hierro colado, hierro fundido o fundición, es aquel que contiene tanto carbón, o su equivalente, que no es maleable prácticamente a ninguna temperatura. También se le define diciendo que es el que contiene de 2 á 4% de carbón, variando este porcentaje según la proporción de Si, P.S Mn. Fabricación.El hierro colado se obtiene refundiendo hierro cochino, o sea sometiendo al arrabio a una nueva fundición, Esta operación se practica en hornos que pueden ser de dos c1ases de cubilote y de reverbero. Los hornos de cubilote están formados por un cilindro revestido interiormente por ladrillos refractarios, dentro del cual se carga el hierro cochino, el combustible y un fundente. Con frecuencia se adicionan a la carga trozosde fierro fundido o desperdicios de este material. Como combustible se usa de preferencia el cok y muchas veces

mezclas de cok y antracita calcáreas.

Como fundente

se emplean piedras

El funcionamiento de estos hornos es muy similar al de los altos hornos, Así el cubilote o cúpula, tiene en su parte inferior toberas para inyección de aire carburante, y compuertas para la extracción del metal fundido y salida de las cenizas y escorias. Muchos de estos hornos son de producción continua, pues la carga se realiza por la boca superior ó Sea la opuesta. a la descarga y limpia del horno. Los hornos de cubilote se diferencian de los altos hornos en que la desoxidación ó reducción del metal es menor en aquellos que en estos; por consiguiente en los hornos de cubilote el consumo de combustible es menor igualmente, a presión a que se inyecta el aire es mas baja en los hornos de cubilote; y por ultimo, los humos y gases de la combustión no se aprovechan. Los hornos de reverbero se componen de un hogar que tiene a uno de sus lados la caja de fuego y al opuesto la chimenea, El hogar es de forma achatada y en él se coloca el metal por fundir; en este hogar reverberan o reflejan las llamas, y de allí el nombre que recibe el horno. Las llamas o fuego que se producen en las parrillas pasan por el hogar y son atraídas por la chimenea por donde se escapan al exterior los humos y gases. Clases de fierro fundido.Según que la fundición tenga o no carbono en estado de grafito recibe el nombre de fundición gris y fundición blanca. Fundición gris.- La mayor parte del contenido de carbono es separado después de la solidificación, en forma de grafito a consecuencia de la acción del silicio, Es posible influir en la separación del grafito elevando la temperatura de colada, La superficie de la fractura de esta clase de fundición es de color gris. La fundición gris se prepara en hornos de cubilote, y sirve para piezas de maquinaria.

Fundición blanca.- En esta fundición casi todo el contenido de carbono esté combinado en forma de Fe3C a consecuencia de un gran contenido de manganeso. El material es más duro y más quebradizo que en la fundición gris. El color de la superficie de fractura es blanco. La fundición blanca se prepara, de preferencia en hornos de reverbero; se emplea como preparación para obtener después acero y para fabricar piezas duras. Colado del hierro.Con el nombre de colar se denomina a la acción de verter el metal fundido, en un molde para darle forma especial. No se emplea el término moldear, por que esta última operación se puede hacer también por medios mecanices, llamándose entonces laminar, estirar, etc. El colado del metal, se puede hacer en moldes de arena, en lingoteras, y por inyección. Para el fierro colado, el sistema de moldes de arena es el usado universalmente; los otros sistemas se emplean en el colado de otros metales. Modelos.- Se llama modelo al símil o réplica de la pieza que se va a fabricar. Los modelos se hacen de madera de la forma que deberá tener la pieza fundida; pero como el metal al enfriarse se contrae, las dimensiones de los modelos son ligeramente mayores que las definitivas, para tener en cuenta esta contracción. Moldes.- Los modelos se colocan en cajas llenas de la “arena” que va a formar el molde. Para la arena se prefiere aquella que tiene un 90 á 95 % de sílice, siendo refractarias por esta razón; pero debe poseer un poco de alúmina y magnesia para que tenga plasticidad; se le agrega además un pequeño porcentaje de óxido de fierro y algo de cal. Generalmente lo moldes se componen de dos tapas, en cada una de las cuales se ha colocado el modelo y pisoneado cuidadosamente la arena. Extraídos los modelos y colocada una tapa sobre otra dejan entre ellas, en hueco la forma de la pieza por fundir. Las Lingoteras son moldes metálicos. Con el objeto de evitar el enfriamiento muy rápido del metal colocado al entrar en contacto con las paredes de la lingotera, esta se calienta ligeramente antes de recibir la colada. El metal así manufacturado recibe el nombre de fundición endurecida.

Colocado.- El metal fundido en el horno es recogido en crisoles con los cuales se vierte en los moldes. Los moldes presentan tres clases de agujeros o aberturas; unas por donde se vierte el metal fundido; otras para dejar escapar los gases y humo que siempre origina la colada, y otras de rebose o indicadores de que el molde ha sido llenado por el metal. Enfriado el molde se retira la pieza fundida y se pule para limpiarle las rebarbas. El pulido se hace por medio de un chorro de arena; introduciendo la pieza en una solución de acido sulfúrico; ó haciéndola rotar dentro de un tambor metálico en el que se han colocado piezas de acero duro. El producto de la fundación debe presentar una distribución uniforme y fina de su contenido de grafito y están libres de agujeros, poros, pajas, grietas y dobleces. Uso del fierro fundido.De acuerdo con los caracteres que hemos indicado, de ser frágil y no maleable, se usa el fierro colado en aquellas piezas estructurales o de maquinaria, que no trabajan a la flexión, ó que resisten esfuerzos debeles de este carácter. Se emplea por ser mas barato que otras clases de hierro ó aceros, como consecuencia de que su preparación es la mas simple y economica en siduurgia: por otro lado, resiste mejor que otros hierros y aceros la acción del fuego directo y humos, así como la de los ácidos. Los principales usos del fierro colado son en fumistería (hogares y chimeneas): fabricación de tubos; piezas de maquinaria de mediana resistencia, como bases y soportes, o de alta resistencia como cilindros de locomotoras a vapor, motores a vapor, a gas, motores de presión; cilindros para laminar, etc. Composición química.La siguiente es la de la fundición por corriente empleada en construcción. C 3.3 á 3.6 % Si

2.0

2.5

Mn

0.4

0.7

P

0.6

1.2

S

menos de

0.12 %

Fundición resistente a los ácidos: Si 12.0 á 14.0 % Fundición resistente al fuego: Cr hasta 30 % (adición eventual) Resistencia mecánica de la fundición.Los siguientes son los coeficientes usuales: Kg./mm2. Tracción

Flexión

Dureza Fundición corriente para maquinaria 140 - 160 Fundición especial 200 Fundición de primera categoría 220

12

24

20

40

180 -

26

46

200 –

Los coeficientes anteriores de tracción y flexión representan esfuerzos a la rotura; los de dureza, según ensayo de Brinnell, es decir de imprenta de bola de acero. La resistencia del fierro fundido a la compresión es notablemente alta, estimándose en unas 4 veces de la tracción. Se considera que la fundición blanca es uno de los metales de mayor resistencia a la compresión. FUNDICION MALEABLE Fundición maleable, es aquella, que como su nombre lo indica es flexible, dúctil y puede laminarse. En la industria siderúrgica se da en general el epíteto de dulce, a aquel metal que es más blando que otro, o que es dúctil y maleable, por esta razón a esta clase de fundición se le llama también fundición dulce. Se prepara fundiendo un lingote de característica pobre en Si y Mn, colocándolo en moldes de arena, obteniéndose a causa de la débil proporción de Si una fundición blanca. Los objetos fundidos se descarburan recociéndolos, envolviéndolos previamente en una masa oxidante, generalmente formada por mineral de hierro. Esta clase de fundición no se emplea en estructuras; pero en cambio es muy usada en artículos de forma complicada y que necesitan tener mayor resistencia que si fueran de fundición gris, pues tiene todas las cualidades de este material, siendo como se ha dicho más resistente.

La fundición maleable se usa en la manufactura de piezas de maquinarias, accesorios especiales de tubería, cajas de grasa en el material rodante, herrajes para carpintería, etc. HIERRO FORJABLE Fundiciones.El hierro forjable se llama también hierro dulce y hierro pudelado. Por estos diversos nombres se pueden apreciar sus características; forjables, e decir capaz de ser trabajado a la fragua o forja; dulce o sea dúctil y maleable; y por último, la voz pudelar se derivade una palabra inglesa que significa remover o agitar, refiriéndose con esto a una etapa muy importante en la preparación de esta clase de hierro como se vera más adelante. El hierro dulce, es pues un metal dúctil, típico, Contiene aproximadamente 99% de hierro puro, con so1o 0.1% de carbono. Conviene además que el fósforo no exceda de 0.25 % y que el azufre no llegue al 0,05%, Un exceso de fósforo produce un metal agrio en frío, es decir, quebradizo; y el azufre le comunica. La misma propiedad cuando el hierro se calienta al rojo. Otra característica importante del hierro dulce es que su estructura es fibrosa y contiene comúnmente fibras de escoria que nunca son totalmente eliminadas por el trabajo mecánico. Preparación.El hierro dulce se obtiene fundiendo los lingotes en hornos de reverbero, de diseño apropiado, que reciben el nombre de hornos de pudelar, en los cuales en el hogar, que se llama Laboratorio, se pone el hierro cochino en contacto con materiales oxidantes, generalmente minerales de oxido férrico y removiendo o pudelando la carga con barras de hierro, se logra oxidar las impurezas al mismo tiempo que el metal se va volviendo pastoso. El metal fundido se retira del horno de pudelar en forma de bolas, lobos, o zamarras, que después por medio del martillado o

laminado son limpiadas y e1iminadas de casi todas las trazas de escoria que pudieran contener. Con este material, que se clasifica según el aspecto de la fractura, añadiendo a veces chatarra, nobre que se da a los desperdicios de hierro dulce, se forman paquetes que se llevan nuevamente a los hornos para ser después laminados. En estos últimos hornos se obtiene una especie de soldadura de todas las partes del hierro, y por tal razón a estos últimos hornos se les llama hornos de soldar. El hierro resultante de las operaciones descritas se llama hierro dulce de paquete, y cuando se manufactura en forma de barras de sección cuadrada, a éstas se les denomina tochos. Tocho es pues un fierro cuadrado que se vende en el mercado para trabajos de forja. Cuando se trata de una barra de hierro dulce, chato, apropiado para el laminado, entonces se llama Lupia. Transformación mecánica del hierro forjable.Laminado.- Se puede practicar en caliente o en frío. La operación consiste en pasar las lupias a través de Juegos de rodillos que paulatinamente van dando el perfil requerido. Por laminado en caliente se fabrican rieles, durmientes, hierros de ángulo, viguetas, chapas de palastro, etc. El laminado en frío se usa principalmente para fabricación de flejes o cintas de metal, etc.

la

Estirado.- Esta operación se practica también en caliente o en frío. En caliente se usa para fabricar tubos llamados también soldados; y en frío para la mano factura de alambres de diámetro inferior de 5mm. También como en el caso del laminado la manufactura consiste en hacer pasar el metal, en bruto, a través de unos rodillos que lo estiran longitudinalmente. Las maquinas para fabricar alambres por este sistema se llaman hileras, y consisten en una plancha de acero duro con agujeros decrecientes por los cuales va pasando el hilo, saliendo cada vez más delgado. Forjado.- Es también otro de los sistemas empleados para producir las piezas de hierro. El forjado se puede hacer en caliente, y entonces se usa el martillo o la presa. También se moldea en caliente con estampas, que no son sino matrices que se golpean a mano.

En el forjado a frío se debe considerar el punzonado o agujereado con punzón, a presión; el estampado o moldeado a presión y por último el embutido de chapas. Perfiles comerciales, Por medio de las operaciones reseñadas en el párrafo anterior se manufacturan los siguientes perfiles principales: (a) Hierro de ángulo de alas iguales, (b) Hierro de ángulo de alas desiguales. (c) Hierros o viguetas doble T, (d) Hierro en canal o U. (e) Hierro en T sencilla, (f) (g)

Viga H, o T de ala ancha, Viga con nervio, llamada también bao, usada en construcciones navales, (h) Hierro Zorés, (i) Viga en Z. (j) Angular con nervio, usado en coches de ferrocarril, (k) Hierro Zorés. También se usa el hierro dulce para la fabricación de: Clavos Garfios,

,

pernos, tuercas,

cadenas, alambres, etc.

Estructura del hierro dulce y su resistencia,La estructura del hierro forjado, observada en la fractura, aparece fibrosa o lamelar, lo cual es el resultado de la laminación y del forjado del material en bruto; pero el mismo metal, examinado al microscopio, resulta compuesto de granos cristalinos. La resistencia del hierro dulce a los esfuerzos esta influenciada por la dirección de las fibras, pudiéndose decir que esta dirección influye tanto como en la madera, Así, a la tensión, la resistencia en dirección normal a la de las fibras es de 60 a 90% de la resistencia en sentido longitudinal, sucediendo lo mismo en los esfuerzos de compresión, esfuerzo cortante, etc. Un coeficiente usual de resistencia a la tracción, para el hierro forjado es de 33 a 40 kg/mm2, a la rotura, en dirección del

laminado; y de 28 a 35 kg/mm2, para los esfuerzos en sentido perpendicular. Soldado del hierro dulce.Una de las propiedades más importantes que posee el Hierro forjado, es la de soldarse a sí mismo, cuando las piezas por unir son calentadas a alta temperatura, pero sin que se llegue a la fusión. La soldadura es efectuada golpeando a mano la unión, con martillos o combas, o por medio de martillo-pilón, y también por prensa. Esta soldadura es posible, en primer lugar, por la ausencia de impurezas, y después por la propiedad que posee el fierro forjado de permanecer en estado maleable con grandes cambios de temperatura, es decir que no se endurece tan rápidamente como baja la temperatura o se enfría la unión. En todos los trabajos de forja se aprovecha esta facilidad del hierro dulce para soldarse, y también, se utiliza en la fabricación de algunos productos industriales como en la de los tubos que se llaman estirados o soldados por ejemplo, ya mencionados. El hierro dulce se suelda a una temperatura de 1300º, la temperatura a la cual se funde es de l.500º. ACERO Definición.Acero es aquel fierro que es maleable a determinada temperatura, y que posee suficientemente proporción de carbono para endurecerse fuertemente cuando sufre un enfriamiento rápido. La proporción de C en los aceros varía de 0.10 a l,5%. Clasifioación.Los aceros se clasifican, principalmente, desde tres puntos de vista: A.- Por el método de manufactura o proceso metalúrgico: 1º.- Por carburación del hierro forjado: a) Apero al crisol. b) Acero de cementación. 2°.- Por descarburación del hierro cochino:

a) b) c) d)

Acero Bessemer. Acero Martín-Siemens. Acero Eléctrico. Acero duplex, triplex,

etc.B.-

Por

el

empleo del acero: Acero de remaches. Acoro estructural. Acero para ejes. Acero para cables, etc. C.- Por la composición química del acero: 1º.- Según el porcentaje de C: a) Acero suave 0,10 a 0.20 % b) Acero medio 0.20 a 0.40 % c) Acero duro 0,40a 0.70 % d) Acero muy duro 0,70a 1.50 %. 2º.- Por las aleaciones especiales: a) Acero al níquel. b) Acero al manganeso, etc. Manufactura del acero.Fabricación al crisol.- En un crisol de ladrillos refractarios se coloca hierro forjado y algo de carbón vegetal y minerales de manganeso y se somete esta carga a una fuerte temperatura, capaz de fundir el hierro, por dos o tres horas. Cuando el crisol deja de desprender abundantes gases y cesa la ebullición del metal fundido se da por terminada la operación. El metal liquido se echa en moldes para formar los lingotes. Este método es costoso, y por tal razón solo se le emplea para obtener acero de alta calidad necesario para fabricar herramientas, cuchillería, resortes, etc. Fabricación por cementación.- El fundamento de este método como el del anterior, consiste en hacer absorber carbono al hierro dulce para transformarlo en acero. Se realiza colocando el fierro forjado y carbón de palo en un convertidor, que es un recipiente de ladrillos refractarios. Se enciende la carga y se eleva la temperatura a 700°, durando la operación de 7 a 12 días. Después se deja enfriar lentamente el hierro que se ha transformado en acero.

El método es costoso, lento y actualmente poco usado. Acero Bessemer,- El principio de la fabricación del acero por este método está basado en la oxidación del C y otras impurezas que pudiera contener el hierro cochino. Para el efecto se hace pasar un chorro de aire frío a través de la masa fundida de arrabio; operación que se practica en un convertidor. El convertidor es, pues, cargado con el arrabio fundido producido por el alto horno, o por otros tipos de hornos que lo entreguen en ese estado. Se fabrica acero ácido y acero básico. El convertidor que tiene la forma de barril o balde, está defendido en su interior por ladrillos refractarios, y Suspendido de un eje, puede bascular para ser cargado o descargado. Para obtener acero Bessemer, se inyecta simplemente aire por el fondo del convertidor, cargado con el arrabio fundido. Después de unos minutos de realizada la inyección las impurezas se eliminan por oxidación; se oxida también el Si y el Mn, originándose escorias que son retiradas, Después se agrega un elemento recarburizador, una cierta cantidad de fierromanganeso, por ejemplo. Cuando se desea obtener acero básico Bessemer, se le agrega al metal fundido una pequeña cantidad de calcáreo fundente. Con el empleo del convertidor, en la siderurgia, se inició también la construcción de grandes edificios o rascacielos del tipo de “osamenta metálica” en los cuales, como se sabe, los muros de la edificación cargan piso a piso, sobre la estructura de acero. Acero Martin-Siemens.- Esta clase de acero se llama también de hogar abierto, denominación que se usa mucho expresarla en inglés: “open hearth”. Para preparar te tipo de acero se inyecta masa fundida de arrabio una mezcla gaseosa carburante. La acción del gas se realiza en un horno muy similar

al de reverbero, construido de ladrillos refractarios. Como gas carburante se emplea una mezcla de N, CO, e H, que generalmente se obtiene forzando una corriente de aire través de una capa de carbón de piedra bituminoso, encendida. Pero en casi todas las instalaciones el gas proveniente de la fundición es obligado a pasar por una serie de compartimentos de ladrillo refractario, en donde se mezcla con aire para bajarle la temperatura y se enriquece, con nuevo gas carburante, llegando después a los hornos y siguiendo el ciclo que resulta así constante. Las cámaras de ladrillo, para mezclar el gas que sale del horno con el aire y con nuevo gas, se encuentran casi siempre debajo del laboratorio del horno de reverbero. Cuando se desea obtener acero Martín-Siemens ácido, se carga simplemente el laboratorio del horno con el arrabio y se le somete a la acción del gas inflamado. A las 3 ó 6 horas, la sílice, manganeso y una buena parte del carbón se habrán oxidado y son expedidas del metal. Para preparar el acero Martín-Siemens básico, se agrega al arrabio un poco de hierro y un fundente calcáreo. Proceso eléctrico.- Su fundamento químico es el mismo que el del método de hogar abierto, pero en este caso se reemplaza el gas carburante por la electricidad. La corriente eléctrica suministra, pues, el calor necesario para realizar la oxidación, no requiriéndose oxigeno adicional.

Se considera que el procedimiento eléctrico es muy eficiente para eliminar del acero el S y ysueleestarseparadadel baño por una pared refractaria. Por ultimo en los arcos,

el C pero no tanto

para hacer desaparecer el P.

Los hornos eléctricos de fusión pueden ser tres tipos: de inducción, de resistencia, y de arco. En los primeros, el baño de metal va en una calidad anular, formando el circuito secundario de una especie de transformador, por cuyo circuito primario circula la corriente que se utiliza. El calentamiento debido a la corriente indicada mantiene el baño en fusión. En los hornos de resistencia propiamente dicha la corriente pasa de un polo a otro a través de una resistencia que envuelve el horno este salta entre dos electrodos que se introducen en el horno si se emplea corriente continua o monofásica, y entre tres o entre dos y la solera si emplea corriente trifásica, aunque es usual transformar está en monofásica. También puede saltar el arco entre un solo electrodo y las paredes del horno, que es el caso representado en el croquis. Una vez fundido, el metal, se cierra ‘el circuito a través del baño liquido, de modo que, en realidad, la fusión se mantiene por el calor debido a la resistencia del baño. Se acepta que el horno eléctrico proporciona un acero de tipo de carbón tan alto como el obtenido por el método de crisol; recomendándose especialmente para aceros de aleación , siendo entonces más económico que le método de crisol. De otro lado se estima que es más costoso cuando se trata de obtener aceros medios o bajos, que con los sistemas Bessemer o de hogar abierto.

Proceso Duplex,-Consiste en realizar la fundición, primero en un convertidor Bessemer ácido, y después pasar el acero en gestación a una horno de hogar abierto, básico. En este Último se agrega un elemento de recarburizador. Las principales ventajas de este sistema están en que se puede beneficiar un arrabio, con más alto porcentaje de fósforo, y que es menor el tiempo necesario para la fundición total. También se emplea el proceso duplex combinando una refinación preliminar del acero en un convertidor Bessemer o en un horno Martín Siemens, y terminándolo en un horno eléctrico.

Proceso Triplex.-Con este nombre se denomina en la industria siderurgicas la preparación del acero en tres etapas que pueden ser, por ejemplo; primero en un convertidor Bessemer, seguir después con un horno de hogar abierto, y por último terminar con el horno eléctrico. Tratamiento térmico del acero.Para que el acero pueda ser usado en las múltiples aplicaciones que tiene en la industria se hace necesario someter a los lingotes, provenientes de los hornos de fundición, a tratamientos posteriores en los cuales se intensifican o caracterizan las propiedades que se desean aprovechar. Los tratamientos posteriores del acero, por el calor, más importantes son: el temple, el revenido, la cementación, y el recocido. Temple.- Es la operación por la cual mediante un enfriamiento brusco o muy rápido el acero calentado previamente, se eleva su resistencia, volviéndolo duro ó quebradizo, desarrollándose tensiones en su interior. El temple se realiza como se ha dicho calentando la pieza de acero a temperatura conveniente, y sumergiéndola después, violentamente, en un líquido. La temperatura de calentamiento más apropiada depende de la proporción de carbono y demás componentes especiales que tiene el acero. Así, para el que posee l.0 % de C la temperatura más ventajosa es alrededor de 750 º. Como líquido se usa en primer lugar, agua corriente; pero entonces se mejora el temple con el revenido, como se vera más adelante. Revenido.- En el calentamiento del acero templado, a fin de reducir su fragilidad y elevar al mismo tiempo su resistencia. Para el revenido se calienta el acero a temperatura que oscila entre 100 y 700º; realizando este calentamiento por contacto con una plancha, de hierro o por un procedimiento similar. Cuando se templa acero al agua se hace necesario someterlo al revenido; pero si para el templado se emplea aceite, sebo, plomo fundido o corriente de aire, entonces se obtiene el mismo resultado sin que sea necesario recurrir al revenido. Materiales de Construcción: Cementación: Consiste en calentar la pieza de acero envolviéndola previamente en una sustancia capaz de ceder carbono.

Este proceso se efectúa de preferencia en aceros al carbono dulce y aceros al níquel o cromo. níquel. Como materia que cede carbono carbono se emplea el aserrín de cuero y prusiato. Por la cementación se carbura la superficie de la pieza que adquiere gran dureza y puede templarse, mientras que el interior conserva su elasticidad primitiva. Recocido: Es la operación de calentar las piezas de acero para destruir las tensiones desarrolladas por el temple. Se diferencia de éste en que el enfriamiento se hace lentamente. Tratamiento mecánico del acero: Para el aprovechamiento del acero en la industria, se le puede someter al mismo tratamiento mecánico que se ha descrito para el hierro dulce, es decir, laminado, estirado y forjado. También como en el caso del hierro dulce, dada una de estas manipulaciones se puede realizar en frío o en caliente.

Soldadura del hierro o del acero: 1. Soldadura eléctrica: a. Método de Thompsom: El procedimiento está basado en la resistencia que ofrece un circuito. Consiste en apretar fuertemente las dos superficies que se van a soldar y hacer pasar una corriente de gran intensidad y poca tensión, hasta conseguir una temperatura suficiente para la soldadura; entonces se interrumpe la corriente y se mantiene la compresión de las superficies reblandecidas el tiempo que sea necesario. b. Soldadura por arco eléctrico: Consiste en conectar uno de los polos del dinámico a las chapas por soldar, y el otro a un electrodo de carbón, que se mueva lentamente y a corta distancia sobre la línea que marca la soldadura por realizar; se hace saltar así un arco eléctrico que va fundiendo el metal y rellenándose la unión por si sola. 2. Soldadura aluminio-térmica: se ha empleado para soldar los rieles de los tranvías en Lima. Para realizar esta unión, las dos plazas que se van a soldar se colocan dentro de un crisol; en el caso de los rieles, las dos cabezas por unir se cubren por dos piezas que se pegan a los rieles, como aclisas, y que dejan una

oquedad para formar el crisol. En este crisol se envuelve la junta con una mezcla ferrosa-férrica y aluminio en polvo; esta mezcla se inflama con una cinta de magnesio. Se produce una reacción exotérmica y una reducción suficiente para fundir el hierro y la alúmina. Este sistema se llama entre nosotros thermit y termita en otros países. El soldador de este tipo produce una temperatura de 3,000°. 3. Soldadura autógena: Consiste en caldear la junta por medio de un soplete hasta obtener la soldadura por fusión de los bordes de las piezas por unir. En el caso de chapas delgadas basta la acción del soplete; pero cuando se trata de chapas o hierros gruesos se hace necesario agregar metal que se proporciona por medio de una varilla que se va fundiendo a medida que progrese la soldadura. Los sopletes de soldadura autógena se utiliza también para cortar hierro o acero, cualquiera que sea el espesor o dureza de las piezas. Para ello se comienza por calentar la línea de corte con la mezcla usual y después se cierra la admisión de H ó acetileno según los casos, y se proyecta un chorro de 0 puro que produce una fusión instantánea del metal. En este tipo de soldadura se emplea dos clases principales de sopletes; pero en ambos lo que se persigue es obtener una llama fuertemente reductora, lo que se consigue con un exceso de hidrógeno, o de acetileno respectivamente. a)

Soplete oxhídrico: Se usa una mezcla de oxígeno y de hidrógeno. Origina una temperatura de 2,000 a 2,500°.

b) Soplete oxi-acetilénico: El soplete actúa con una mezcla de oxígeno y acetileno (C2H2). El acetileno se prepara en un gasógeno, es decir, un horno de cuba, en el que se hace actuar agua sobre carburo de calcio (C2Ca). Produce 3,000° de temperatura. 4. Soldadura con gas de agua: Se usa especialmente para la unión de chapas gruesas. Este gas se mezcla con aire atmosférico en la proporción de dos volúmenes de gas por cinco de aire, y se aplica a las piezas por soldar con un mechero o por medio de soplete. El gas de agua se prepara en un gasógeno, en el cual se hace pasar una corriente de vapor de agua a través de una capa de carbón de piedra incandescente. Las reacciones que originan el gas de agua son: C + H2 O H2 + CO ) C + (2H2O) 2H2 + CO2 ) gas de agua

OXIDACIÓN DE HIERROS Y ACEROS: DEFINICIÓN Y GENERALIDADES: El herrumbre u orín es el hidrato férrico en que se transforman, lentamente, los hierros y aceros por la acción combinada del agua y del aire. Estos elementos necesitan actuar conjuntamente, pues, ni el agua sola ni el aire seco forman orina. La acción de oxidación se acelera por la presencia de ácidos diluidos, por las disoluciones salinas, y por último por corrientes eléctricas. El mortero fresco del cal corroe con rapidez el hierro; pero la oxidación, generalmente, no pasa de la superficie. En cambio el mortero de cemento impide la oxidación. El yeso es también favorable al desarrollo de la oxidación. En el agua de mar, el elemento activo de la oxidación es el cloruro magnésico. Se han desarrollado varias teorías para explicar el proceso de la oxidación, siendo las más conocidas las tres siguientes: La teoría de la acción del bióxido de carbono o anhídrido carbónico, supone que el CO2 actúa sobre el fierro para formar carbonatos Fe0 CO3 (Siderita), los cuales por la acción del oxígeno se transforman en Fe0 y CO2, este último regenerado produce la prosecución del ciclo. La teoría de la humedad se basa en que el agua, en presencia del óxido origina Fe0 (óxido ferroso) y H2O2 (agua oxigenada). La teoría electrolítica, que hoy es la más aceptada, supone que la corrosión es causada por corrientes eléctricas momentáneas, producidas en los puntos donde el metal no es homogéneo; así como también que se produce electrólisis en las pequeñísimas cavidades superficiales del metal en las cuales se puede depositar la humedad que actúa como un electrolito. No todos los hierros y aceros se oxidan con la misma facilidad así el hierro dulce lo hace mucho más fácilmente que la fundición. El acero se oxida más rápidamente a medida que contiene mayor cantidad de impurezas o que aumenta la porosidad de su textura. Método de preservación: Son numerosísimos los procedimientos empleados para defender el hierro de la oxidación. Todos ellos, como es muy explicable, se b asan en la obtención de una capa de materiales, resistentes a la acción del aire y agua, que cubra la superficie oxidable. En todos los sistemas es indispensable que la superficie metálica que va a

recibir la capa protectora se encuentra completa y rigurosamente limpia, y en muchos procedimientos, además, bien seca. La capa protectora puede obtenerse: 1) transformado la textura superficial del hierro; 2) transformándola en una aleación, o como se dice corrientemente “metalizando el fierro”; y 3) por la aplicación física de una capa de sustancias más o menos durables. 1) Estos procedimientos consisten en evitar que la oxidación se propaguen al interior de la pieza, convirtiendo para el efecto la superficie en una finísima película de oxido ferroso-ferríco. Para esto se emplea la acción del vapor recalentando; del gas pobre; de grasas y aceites quemados sobre las piezas de hierro, etc. 2) La aleación o metalización de la superficie de hierro puede hacerse mecánica o eléctricamente. En muchos sistemas se sumergen las piezas de fierro en un baño galvánico; en metal fundido; y otras veces se aplica a brocha en forma de una pintura metálica, en la que el metal esá reducido a polvo y puesto en suspensión en un líquido. Así se aplica el zincado o galvanizado, el estañado, el emplomado, encobrado, niquelado, cromado, etc. 3) En este rubro se incluyen: a. Los esmaltados, empleados para las piezas de fundición y que consisten en la aplicación de un fundente, formado casi siempre por un silicato y óxido de estaño aplicado en caliente. b. Engrasados y aceitados, usándose con frecuencia grasa con grafito. c. Alquitranados y asfaltados, aplicados en caliente. d. Resinas, caucho y celuloide. e. Pinturas: las más comunes son las pinturas al óleo, es decir a base de aceite de linaza. Lo usual es aplicarla en dos manos; la primera está constituida por un barniz de aceite de linaza muy fluido y secante, mezclado con un color que cubra bien, como grafito, ocre, minio de plomo (Pb3O4), que es bastante resistente al agua. La segunda

mano, o definitiva, se da con aceite de linaza mezclado con albayalde, grafito y polvo de zinc. En el mercado existen multitud de pinturas que tiene como base los ingredientes señalados, y las cuales se venden bajo el epígrafe de anti-corrosivas. Propiedades mecánicas del acero: Las propiedades físicas y mecánicas del acero dependen principalmente de su composición química, del método de su manufactura, del tratamiento calorífico, y por último del trabajo mecánico. Influencia de la composición química: Los elementos que influyen sobre las propiedades del acero son el C, Si, S, P, Mn. En el acero existen otros elementos pero ellos no ejercen influencia apreciable en la práctica, esto tratándose de los aceros al C, por que en los aceros aleados, se acentúan algunas de sus características como se verá al tratar de los aceros al Ni, Mn, V, Cr, etc. el C es el elemento que más influye en las propiedades físicas del acero. Ya se ha dicho que de acuerdo con la proporción de C los aceros y sus cualidades son las siguientes: Acero Proporción de C. Características Blando 0.10 á 0.20 No templable. Fácil de soldar. 0.20 0.40 0.40 Medio Difícil de templar. Soldable. 0.70 Duro Templable. Difícil de soldar Muy duro 0.70 1.20 Temple fácil. No soldable La influencia del C sobre las resistencias se expresan por las siguientes ecuaciones: Punto de fatiga: 21+ (35x%C) kg/mm2. Resistencia de tensión a la rotura: Acero ácido hog. Ab. 52+ (76x%C) kg/mm2. Acero básico hog. Ab. 32+ (63x%C) kg/mm2. La influencia del fósforo y manganeso se expresan por las siguientes relaciones, relativas a los esfuerzos de tensión a la rotura en kg/mm2. Acero ácido de hogar abierto: 28 + (48x%C) + (70x%P) + (56x%CMn) Acero básico de hogar abierto: 27 + (47 x%C) + (70x%P) + (6x%Mn) + (28x%CMn) El Si en proporción mayor a 0.25% que es la usual, incrementa la dureza, el punto de fatiga y la resistencia de rotura a la tensión. El S debe estar en proporción menor de 0.06% para los buenos aceros; mayor proporción influye desfavorablemente en los aceros calientes por que los hace quebradizos; en aceros fríos esta proporción mayor no ejerce influencia apreciable.

El P en pequeña proporción aumenta ligeramente la resistencia del acero; pero es un elemento dañino porque lo hace muy quebradizo e incapaz de resistir golpes o choques; un buen acero rara vez contiene más de 0.70%. El Mn en pequeñas cantidades incrementa ligeramente la resistencia; pero en cambio aumenta la dureza y maleabilidad en fuerte proporción. Los efectos del Mn sobre el acero son proporcionables a la cantidad de C que éste contiene. Un acero que tiene más de 6% de Mn se llama ya acero aleado al Mn. Efecto del trabajo mecánico sobre el acero: el trabajo en caliente del acero aumenta la densidad y la resistencia, así como la solidaridad entre sus fibras. En frío solo se pueden trabajar los aceros blandos o medios. Los efectos de éste trabajo son disminuir la ductibilidad, incrementar el carácter quebradizo, pero el límite elástico se aumenta considerablemente aspa como la resistencia de rotura a la tensión. Resistencia a la tensión: el límite elástico a la tensión es de 50 a 60% de la resistencia a la rotura y varia entre 18 y 24 kg/mm2, de acuerdo con la clase de acero. El punto de fatiga, a la tensión, es usualmente 2 á 4 kg/mm2. Más que el límite elástico. La resistencia de rotura a la tensión variada de 32 a más de 140 kg/mm2, según la clase de acero. El módulo de elasticidad a la tensión es de 20, 000 a 21, 000 kg/mm2, y es prácticamente constante para todad clase de aceros. Resistencia a la compresión: El límite elástico y el módulo de elasticidad, a la comprensión son prácticamente los mismos que a la tensión. El módulo de elasticidad para el esfuerzo cortante es alrededor de 8,500 kg/mm2, para todas las clases de acero. Dureza del acero: Como dureza del acero se pueden considerar varios conceptos, como por ejemplo, la propiedad que tiene una cuchilla para conservar su filo de corte, después de haber sido usada, las resistencia de las ruedas y rieles de un F.C. al desgaste por la rodadura de las unas sobre los otros, la resistencia al desgaste por frotamiento, resistencia a la acción del mellado, etc., y de resistencias. Solo mencionaremos dos de los más usados; el de la impronta de bola de acero o de Brinell, y el del taladro de Bauer.

El método de Brinell ya ha sido citado al tratar del fierro colocado. En cuanto al taladro de Bauer es una herramienta de ese tipo que trabaja a una velocidad constante y a una presión fija; la resistencia se aprecia por la profundidad del agujero en un número dado de revoluciones; a medida que el acero es más blando, mayor será la profundidad taladrada. Coeficientes de trabajo en el acero estructural: El coeficiente de trabajo que se debe adoptar depende de la clase de acero, en primer lugar, y después de las características de la sobre carga. Por su puesto, estos coeficientes nunca excederán el límite elástico del acero por el contrario lo usual es tomar como coeficiente de trabajo la mitad de aquel límite. Tratándose de cargas estáticas el coeficiente de trabajo que se ha dicho puede ser la mitad del valor del límite elástico, se incrementa en un 33% para esa clase de cargas, cuando además de ser estáticas son continuas. Deberá ser disminuido en un 30 a 40% para cargas repetidas o esfuerzos alternados, y disminuido, también, en un 50%, para impactos, choques o cargas repentinas. Como orientación se dan algunos coeficientes de trabajo en kg/mm2. Según el carácter de la sobrecarga. Esfuerzo

Material

Tensión Comprensión

Acero medio, laminado Acero medio, laminado

Flexión

Vigas laminadas

Sobrecarga kg/mm2. Vari.

Unif.

Altern.

Imp.

11

15

7

6

11

15

7

6

11

15

7

6

Esf. Cortant. Pernos y pasadores 6 8 4 3 Aceros de aleación: Aceros de aleación, aceros compuestos, aceros especialidades o aleaciones de acero, son los diversos nombres que se le dan a aquellos aceros a los cuales se les ha agregado un metal con el objeto de comunicarles ciertas propiedades notables, que se acentúan ya sea reconociéndolos, o ya sea templándolos. Las principales aleaciones de la cero son: níquel, manganeso, vanadio, cromo, silicio, aluminio, tungsteno, molibdeno, cobalto y cobre. A los otros aceros que no contienen los elementos enunciados se les llama, como ya se ha dicho varias veces, aceros A1 C.

Aceros al níquel: Una adición de níquel al acero de carbón en una proporción aproximada de 3.5%, aumenta su límite elástico de una manera apreciable; también se incrementa la resistencia a la oxidación y la resistencia eléctrica. El acero al níquel tiene una permeabilidad magnética superior a la del hierro dulce. Estos aceros se emplean en la fabricación de cañones, corazas, acero estructural, remaches, rieles, ejes para ruedas, ejes para transmisión, etc. El metal conocido con el nombre de Invar, es un acero con una proporción aproximada de 36% de níquel, que posee muy débil coeficiente de dilatación y por esta circunstancia es empleada en alambres, cintas, reglas, etc., usada en topografía y Geodesia; y en la construcción de maquinaria e instrumentos científicos. Aceros al manganeso: Contiene de 6.0 á 20.0% de Mn y menos de 1.5% de C. los aceros de esta aleación son fuertes, compactos, maleables y con alta resistencia al desgaste. Se emplean en F.C. en la fabricación de rieles, sapos, desvíos, ejes y llantas de ruedas; y para piezas de chancadoras de piedras, molinos, etc. Acero al vanadio: tiene una proporción de 0.1 á 0.6% de vanadio. El V le da el acero un mayor límite de elasticidad y una mayor resistencia, sin disminuir su ductibilidad; por esta razón se usa esta clase de aleación cuando se desea compacidad y resistencia a los choques. Se le emplea en resortes, ejes de transmisión, ejes de ruedas, y piezas de cambio de velocidades rodamientos en ferrocarriles y automotores. Acero al cromo: Contiene de 1.5 á 2.0% de Cr, y 0.8 á 2.0% de C. El cromo le da al acero una resistencia excepcional a la oxidación, por lo que se le usa en cuchillería. Actualmente se emplea poco el acero al cromo en estructuras. Aceros a la silicie, al aluminio: los aceros de estas aleaciones tienen las mismas propiedades que los aceros al níquel. Se usan en piezas de maquinaria eléctrica y en taladros. Aceros al tungsteno, cobalto y molibdeno: el W el Co se emplean en proporción de 3.0 á 5.0%; el Mo, de 0.30 á 3.0%. las propiedades de resistencia a la tensión aumentan en estos aceros, así como el límite

elástico; pero son de ductibilidad baja, aunque de gran dureza. Se usan en herramientas para cortar, tales como sierras, brocas, etc. Los aceros al W son los más duros de los empleados en la industria. Aceros al cobre: contiene de 1.0 a 4.0% de Cu. Estos aceros tienen la misma resistencia que los aleados al níquel; pero resultan más quebradizos y menos dúctiles. El Cu le da al acero mayor resistencia eléctrica. CHAPAS Las chapas son piezas laminadas obtenidas de platinas o tochos de aceros extra-dulce, hierro dulce o de acero fundido. En el comercio y en la industria se usan las siguientes principales denominaciones: Chapa fina; aquella que tiene menos de 5mm, ede espersor. Chapa gruesa; la que es de espesor mayor de 5mm. Chapa negra; la chapa, sea fina o gruesa, que no han recibido otro tratamiento que el laminado, como si se dijera “chapa bruto”. Chapas perforadas, aquellas que tienen más agujeros circulares, cuadrados, hexagonales, ovalados o triangulares; también las que presentan rendijas estrechas y alargadas. Se usan, principalmente, para cribas o zarandas. Hojalata, es la chapa que en lenguaje familiar se llama lata; es la chapa negra resvestida de una película de estaño. Chapa galvanizada, emplomada, encobrada, niquelada, son chapas negras que han recibido por una cara, o por las dos, una película de Zn, Pb, Cu ó Ni. Esta aplicación tiene por objeto principal hacerlas inoxidables. El enchapado o colocación de la película puede ejecutarse por vía térmica o por vía galvánica. Chapas onduladas: se fabrican de chapas emplomadas o galvanizadas. Se usan dos diseños principales; de onda baja o de aceros parabólicos y de arcos circulares. Las primeras se emplean para coberturas y persianas, y las últimas para pisos o cubiertas que van a soportar cargas. Las chapas onduladas, de preferencia las galvanizadas y onda baja, se llaman entre nosotros calaminas. Chapas estriadas.- Son aquellas que presentan un relieve en una de sus caras, formando por especie de tirillas, que se cruzan en cocada.

Calibre de las chapas.Las chapas se especifican en el mercado de dos maneras: 1° por su espesor efectivo, expresado en mm, pulg., etc., y 2° por un número convencional que da el calibre o grueso (calibre en inglés es “gauge”). En el segundo sistema, las chapas se llaman7/0, 6/0, 0, 1, 6, etc., y también 000000.00 etc. No existe en el día un sistema o código universal, o que sea generalmente aceptado; cada país, y aún cada industria dentro de un mismo país tiene su calibre propio, por lo que cada vez que se habla del calibre de una chapa debe especificarse el sistema a que se refiere: “Calibre Standard Británico, para chapas”, “U.S.A.” Estándar para chapas”, “Calibre decimal”, etc. METAL DESPLEGADO Metal desplegado, a más comúnmente “expanded metal”, entre nosotros, o ranuras alargadas; una chapa de acero y haberla estirado; ambas operaciones hechas a máquinas. Las chapas de metal desplegado presentan, pues, el aspecto de mallas en cocada. Se conocen en el mercado por un número dado por el fabricante, y que se refiere al grosor o calibre de los filetes metálicos que forman la malla y a la dimensiones de las cocadas. Se fabrican chapas de expanded metal de diversos pesos, los cuales varían entre 1.5 kg/m2 a 10.0kg/m2. Este material tiene múltiples aplicaciones, entre las cuales las más importantes son construcción de tabiquea, armadura de revestimientos de albañilería o enchapados, y como refuerzo metálico en obras ligeras de cemento armado: losas, conductos, etc. Además del peso por unidad de área, los fabricantes proporcionan el área de acero, en sección transversal; este dato se utiliza cuando se calcula el metal desplegado como refuerzo en estructuras de concreto. Un coeficiente usual para el acero del metal desplegado, es el de 11 a 12 kg/mm2. como coeficiente de trabajo a la tensión. ALAMBRES Y CABLES Nomenclatura y clasificación.En lenguaje usual se reserva la palabra alambre, para el hilo metálico que forma una sola unida; y cable, el que está constituido por varias unidades o conjuntos de alambres; también se designa con el nombre de cable, a todo aquel elemento de este género, que a soportar esfuerzos adicionales de tensión.

Algunas veces, los cables metálicos de corta longitud y destinados a maniobras, reciben el nombre de cabos. Los alambres se clasifican: Por su composición metálica; alambres de fierro negro, de fierro galvanizado, etc. Por procedimientos especiales de fabricación: estirado en frío, laminado en frío, recocido, templado, quemado, etc. Por su sección transversal: redondo, semi-circular, ovalado, cuadrado, en estrella, etc. Por su aspecto exterior o presentación: barnizado, aceitado, de púas, de hilos torcidos, plano torcido, arrollado en espiral, etc. Por sus usos: alambre para cercas, para clavos, para resortes, para electricidad, para telégrafos y teléfonos. Los alambres se venden en el mercado en rollos y en carretes y se cotizan por longitud y más comúnmente por unidad de peso. En cuanto al calibre (“gauge”) de alambres, o dimensión de la sección transversal, se aplica lo que se ha dicho para las chapas, es decir, que son diversos los sistemas de calibrar o numerar los alambres, debiendo especificarse en qué sistema se está tratando cada vez que se hacen operaciones comerciales. Cables metálicos.Está n formados como ya se ha dicho, por varios alambres. Los alambres se manufacturan retorcidos o trenzados en disposición de hélice formando los torones, los que a su vez son torcidos constituyendo el cable mismo. El espacio o núcleo que dejan los torones, en el eje, y en ocasiones los alambres de cada torón, son rellenados con cáñamo o yute y materiales similares. También este espacio puede estar ocupado por un alma de alambres. Los torones pueden ser circulares o achatados. El objeto de esta disposición es obtener un cable de gran flexibilidad que ofrezca al mismo tiempo, por su sección transversal útil de acero, resistencia apreciable. En ocasiones los torones van forrados con un material hilado llamado filástica alquitranada; otras veces este forro está constituido por una cinta de acero arrollada.

Por último, para cables-carriles o andariveles, se usan cables que se llaman arrollados en encaje, en los cuales el alambre de sección circular que forma el alma del cable está rodeado por un par de vueltas de alambre de sección cuadrada, arrolladas de manera que el cable presenta una superficie exterior prácticamente lisa. También para cable-riel se usa el tipo llamado de alambre ajustado en el cual todo el cable está formado por capas sucesivas de alambre, cada una de ellas constituida por alambres de sección cuadrada, completamente adheridos unos a otros.

Del último tipo indicado son los cables llamados cerrados, en los cuales la compacidad de la sección transversal se obtiene usando cables de sección especial, que ensamblan unos en otros. Pliegos de especificaciones.Los pliegos de especificaciones técnicas, o condiciones que deben satisfacer los cables, son diversos de acuerdo con la clase de cable que se considera y su empleo. Cuando se trata de cables destinados, a izar, arrastrar o transportar cargas, los fabricantes proporcionan siempre la resistencia de tensión a la rotura de cada tipo de cable. En el caso de que se trate de cargas simplemente, el coeficiente usual de trabajo es de 1/5 de la carga de rotura; pero este

coeficiente baja a 1/7 y aún a 1/10 cuando se trata de cables de pozos de minas y ascensores destinados a personas. En cambio el coeficiente de 1/5 puede aumentar algo cuando se trata de cables fijos o vientos. En el caso de calcular teóricamente la resistencia de un cable teniendo en cuenta su sección útil, debe considerarse que el cable pierde algo de su resistencia por efecto del procedimiento de trenzado. Las cifras siguientes son las resistencias a la tensión por fracturas, usuales, exigidas para las clases de cables, típicas que se indican: Cables de hierro 50 kg/mm2 Cables par atracción de acero Cables de acero fundido Cables de acero fundido extrafuerte Cables de acero arado Cables de puentes Cables arados, extrafuertes

110 kg/mm2 120 kg/mm2 135 kg/mm2 150 kg/mm2 155 kg/mm2 160 kg/mm2

Ensayo de alambre galvanizado.- Como ejemplo de otro tipo de pliego técnico se da a continuación el ensayo que debe soportar el alambre galvanizado usado para cercos en los ferrocarriles, según comercial, de I.185 de densidad y a la temperatura de 16 a 22°. METALES NO FERROSOS COBRE El cobre se presenta en la naturaleza en estado nativo y en forma de minerales, principalmente como óxido y sulfuros; de estos últimos, que son los más importantes en la metalurgia, uno de los más empleados es el sulfuro de cobre y fierro (CuFeS2), llamado vulgarmente calcopirita o pirita de cobre. Uno de los establecimientos industriales más importantes del Perú, en los que se hace la metalurgia del cobre, es la llamada “Fundición de La Oroya”. En esa planta el tratamiento se da a los minerales es el conocido con la denominación de “fundición por mata y conversión en cobre” que sustancialmente consiste en las siguientes operaciones: un tostado, para separar partes del azufre y otros elementos volátiles; una fundición del mineral tostado, para concentrar todo el Cu, Ag y Au, de los minerales en un producto llamado mata, que es un sulfuro complejo de Cu y Fe; y, tercero una insuflación de aire a través de la mata

fundida para quemar todo el S. y oxidar el Fe, dejando como residuo el Cu, metálico, que es la operación que se llama conversión. El Cu es tenaz, dúctil y maleable; muy buen conductor del calor y de la electricidad. Su densidad es de 8.6 para piezas fundidas y de 8.9 para laminadas. El aire seco no lo altera; pero si el húmedo. Se estima que la mitad del cobre producido en el mundo es usado en la industria eléctrica, un cuarto de la producción en latón y bronce, y lo restante, como hojas de cobre puro; aleaciones, etc. Además de su amplio uso en electricidad, como se acaba de ver, se emplea en la industria del calor, para tubos, serpentines, calderos, etc. Y para forro de las piezas de madera que van a estar sumergidas en agua. Planchas de cobre.- Los espesores empleados: Revestimientos Canalones En placas de apoyo (transmisión de cargas)

1.00 a --

1.25 mm. 0.75

El coeficiente usual de trabajo, a la tracción y comprensión es de 14kg/mm2, y el esfuerzo cortante, de 6kg/mm2. PLOMO Se presenta en minerales, casi siempre sulfuros mezclado con plata o antimonio siendo el más importante la galena (PbS). los

El plomo metálico se obtiene minerales, primero y fundiéndolos después.

tostando

El plomo es muy blando, plástico y falto de elasticidad, maleable. Acabado de cortar tiene brillo; pero fácilmente se empaña. Densidad 11.3. Después de que sobre la superficie del plomo metálico se ha formado una película de óxido, la oxidación se detiene y no penetra en la masa. El plomo se usa en aleaciones, trabajos de gasfitería, (soldadura, cañerías, tubos, etc.), pinturas y placas llamadas corrientemente de asiento destinadas a transmitir uniformemente cargas.

El plomo tiene la ventaja, en construcción, de que cuando se halla cargado por encima de su coeficiente de resistencia a la compresión, se aplasta automáticamente, es decir, el material fluye y toma una superficie de carga en relación con la fatiga experimentada. Plomo endurecido.- Se llama así una aleación de plomo y antimonio, estando este último en proporción de 5 a 10%. La influencia. Del antimonio en la resistencia de la aleación se puede apreciar en las cifras siguientes: Coeficiente de resistencia a la rotura: kg/mm2 Tensión

Comprensión

Esf. Cortante

Plomo ordinario 1.50 1.25 a 3.00 0.75 Plomo endurecido 3.00 - 5.00 1.20 Como coeficiente de trabajo se toma generalmente 1/5 de los coeficientes de rotura. Tubos.- Se emplean casi exclusivamente en instalaciones domiciliarias de agua y desagüe. Los de diámetro hasta de 1” y para agua se llaman cañerías; los de diámetro mayor, pero rara vez superiores a 3” se denominan tubos, y se emplean en desagües. Las cañerías se venden en el mercado al peso. Para un mismo diámetro interior se manufacturan de varios tipos, denominados en el mercado por su peso por unidad lineal, así por ejemplo, se fabrica cañería de 1/2", de 3, 4, 5, 5.5 y 6 lb/yarda. A continuación se da un cuadro con especificaciones usadas en Lima, para cañerías de plomo: Diámetro interior

Pulg.

1/2"

5/8”

3/4"

1”

Pesos:

Kg/m.

1.85

3.75

4.45

5.20

lb/yd.

1.25

2.50

3.00

3.50

Mm

4

5

5.5

3.50

Pulg.

0.169

0.169

0.201

0.207.

Kg/cm2

0.5

9.0

7.5

7.0

1b/pulg2

135

125

105

95

Espesor:

Presión de trabajo:

ZINC Este metal se presenta en la naturaleza en minerales de los cuales los más importantes son: la blenda o sulfuro de zinc (ZnS), la calamina o carbonato de zinc (ZnCO3), y el silicato de zinc (Zn2SO4).

Como una derivación y aplicación de las obras del Santa, que actualmente se llevan a cabo, se planea la instalación de una refinería electrólítica en Chimbote destinada al tratamiento de los minerales y productos concentrados de zinc, provenientes de las minas y fundiciones nacionales. Se estudia la posibilidad de tratar los concentrados de las Compañías Mineras de Atacocha, San Antonio de Esquivel y de Cercapuquio, y minerales de Carahuacra y de Santander. El proceso metalúrgico proyectado consiste principalmente en las siguientes operaciones: tostado de los minerales, molido, disolución en ácido sulfúrico y tratamiento electrolítico. El zinc se precipita en los cátodos de los elementos eléctricos del tratamiento, el cual retirado y fundido, y después moldeado proporciona zinc prácticamente puro. Como producto secundario de este proceso se obtendrá ácido sulfúrico, el cual se ha previsto aprovecharlo en la preparación de abonos agrícolas. La Cerro de Pasco Cooper Coporation, posee ya una refinería destinada al tratamiento de sus propios concentrados. El Zinc es duro, quebradizo y maleable; su fractura es de apariencia cristalina. Su densidad es de 6.9 en piezas fundidas y 6.1 en laminadas. El principal uso del zinc está en al galvanizado; también se le emplea para aleaciones; y en chapas para recipientes de líquidos, etc. Calamina.- Como ya se ha dicho, la calamina es una chapa corrugada u ondulada, de fierro galvanizado. En el mercado se vende por números; las calaminas más usadas entre nosotros tienen las siguientes características: Calamina

Dimensiones

N°

plancha

de

1ra Peso del atado de 6 planchas

24

6’ x 2’ x 1/40”

45 kg.

25

6’ x 2’ x 1/54”

38

26

6’ x 2’ x 1/64”

33

ESTAÑO

El principal mineral de estaño es la casiterita u óxido, (Sn02). Para su metalurgia, el mineral se concentra primeramente y después, refinándose luego el metal. El dúctil.

estaño es maleable, Su densidad es de 7.3.

poco tenaz y

poco

El estaño se usa en el estaño, para la fabricación de válvulas de seguridad en las calderas, gasfitería, artículos de cocina, etc. Hoja de lata.- La hoja de lata u hojalata, es como ya se ha dicho una chapa de fierro dulce o fierro negro revestida por una película de estaño. Se fabrican chapas de espesores que varían entre 0.24 y 0.65mm. se venden en cajas que contienen, por ejemplo, de 112 a 225 chapas, cada uno de 35 x 50 cm. Y con un peso neto, por caja de 25 a 70 kg. ALUMINIO Es muy dúctil; se encuentra en la naturaleza en muchas combinaciones. Las dos más importantes son la bauxita, que es un hidrato alumínico mezclado con óxido férrico y de la que se ha hecho mención al tratar de la preparación del cemento aluminoso ó fundido; y la criolita, mezcla de fluoruro de sodio y de aluminio. El método principal para extraer el aluminio de sus minerales, es la electrólisis, la cual se efectúa, principalmente sobre la criolita fundida. El aluminio está prácticamente libre de la corrosión. Su densidad es de 2.55 para piezas fundidas; y 2.75 para las laminadas. Su conductibilidad eléctrica varía entre 1/2 / 2/3 de las del cobre, etc. El aluminio presenta está prácticamente libre de la corrosión. Su densidad es de 2.55 para piezas fundidas; y 2.75 para las laminadas. Su conductibilidad eléctrica varía entre ½ y 2/3 de las del cobre, etc. El aluminio presenta una resistencia a la rotura por tracción relativamente baja; de 8 a 10 kg/mm2. cuando se trata de piezas laminadas o alambres estirados. ALEACIONES

Generalidades: una aceleración es el ligamento, previa fusión, de dos ó más metales, adquiriendo la aleación propiedades intermedias entre las de sus componentes, pero a veces otras nuevas. Latones:

Son aleaciones compuestas de cobre y zinc. El latón es más duro que el cobre, muy dúctil y maleable. La dureza y resistencia aumentan con la proporción de zinc, hasta cierto límite en que éstas propiedades comienzan a decrecer. Su densidad es, en promedio, de 8.95. Latones blancos, son los de baja ley de cobre, pues no contienen sino 20 a 50% de este metal. Cuando el latón debe ser torneado o estirado se le agrega de 1 a 2% de estaño. La adición del plomo al latón lo hace más blando, pero en cambio la aleación pierde parte de su resistencia y ductibilidad, no se emplea más de 3% de plomo, por que la aleación que tiene mayor cantidad de este último metal tiende a desagregarse. El aluminio agregado al latón hasta el 5% incrementa su dureza y resistencia; pero le hace perder ductibilidad. Esta aleación se usa en trabajos de fundición, forja, chapas, etc.; es de propiedades anticorrosivos acentuadas. El bronce de manganeso, es un producto muy usado en la industria y en cuya composición, al final, desaparece el manganeso; contiene 59% de cobre; 40% de zinc, y el resto formado por aluminio y plomo. Se emplea para la fundición de piezas de dibujos complicados. Tiene resistencia excepcional a la oxidación. MetalMuntz, es un latón con 40% de zinc aproximadamente. Se emplea para hélices de buques. Es maleable y se dobla en vez de romperse. Metal Delta, es un latón al que se le ha agregado hierro. Se forja bien y es muy resistente. Coeficiente de resistencia a la rotura por tracción: Para los latones cuya composición se indica:

Cu% Zn% Pb% Sn% Fe%

Mn

Kg/mm2

Latón forjable

60

40

--

--

--

--

35

Latón para chapas

63

37

--

--

--

--

30

Latón de tornillos

58

40

2

--

--

--

40

Latón naval

62

36

1

1

--

--

30

Bronce de mang.(fdo).

60

38

--

--

2

Traz. 50

Bronce de mang.(laminado) Bronces:

60

38

--

--

2

--

60

Son las aleaciones de cobre y estaño, predominando el cobre son muy duras, densas y más fusibles que el cobre. La adición del plomo aumenta la fragilidad y reduce la resistencia y punto de fusión; la del zinc disminuye la dureza resistencia. Los antiguos peruanos conocieron la circunstancia de que el estaño endurece el cobre, y así prepararon verdaderos bronces con los que fabricaron herramientas, cuchillo y objetos de adorno. Bronce de estaño y zinc: Llamado bronce ordinario, es aquel con el cual se fabrican las piezas que deben ser de este material, en toda clase de maquinaria. Bronce fosforoso: se prepara añadiendo u pequeño porcentaje de fósforo (0.05 a 1.0%) al metal fundido. Proporción de cobre y estaño; 90 y 10%, respectivamente. Se usa en cojinetes, cajas de grasa, ruedas dentadas, tubos sin soldadura, hilos de teléfonos, etc. Bronce de campanas: contiene 20 a 25% de estaño. Bronce de cañones: 10% de estaño. Usado antiguamente para la fabricación de “bocas de fuego” y en el día para válvulas y grifos de vapor. Bronce de estatuas: Contiene cantidades adicionales, pequeñas de zinc y plomo. Se caracteriza por la formación, en las superficies expuestas a la intemperie de la pátina, que es una película de color azul, verde, ó verde parduzco, constituida por un carbonato de cobre, de desarrollo muy lento y que le da gran valor a las estatuas antiguas. Bronce de medallas: Tiene 20% de estaño. Bronce de aluminio: con 10% de aluminio y algunas veces algo de otros metales como níquel, hierro, etc, se le emplea en la industria para la fabricación de objetos que tienen aspecto de oro, pero de mucha mayor resistencia; las plumas estilográficas antiguas eran fabricadas de este material. Resistencias típicas de algunas: coeficientes de tracción a la rotura.

Bronce fosforoso

-

Fundido

Bronce fosforoso

-

Laminado

Bronce de cañones

-

Laminado

Bronce de estaño y zinc

-

Fundido

Bronce de estaño y zinc

-

Laminado

Bronce de aluminio

-

Fundido

Bronce de aluminio

-

Laminado

Bronce de aluminio

-

Isc. Frío

20 kg/mm2. 45 kg/mm2. 25 kg/mm2. 40 kg/mm2. 55 kg/mm2. 40 kg/mm2. 45 kg/mm2. 60 kg/mm2.

Aleaciones de aluminio: Son muchas las que se usan en la industria, fabricándose aleaciones a base de aluminio con Cu, Zn, Mn, Ni, Etc. Solos o mezclados. Se les llama aleaciones ligeras. Citaremos el duraluminio, que es una aleación con Cu, y pequeña proporción de Mn, y que da un metal de mayor resistencia que sus componentes (0.95 AL 0.45 Cu + 0.05 Mn).