Materiales Férreos. Aleaciones.

El Hierro.

El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Se denomina mediante el símbolo “Fe” y tiene una masa atómica de 55,845 u.

Tiene la característica de ser un metal maleable, dúctil y tenaz, es extremadamente denso, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas (ferromagnetismo) a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos:

• Magnetita: Fe₃O₄
• Hematita: Fe₂O₃
• Limonita: FeO(OH)·nH₂O
• Siderita: FeCO₂
• Pirita: FeS₂
• Ilmenita: FeTiO₃

Minerales empleados para la obtención del Hierro. 

Para  obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego son sometidos a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

El hierro es el metal duro más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene gran aplicación para formar productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos para formar aleaciones, tanto metálicas como no metálicas, que proporcionan distintas propiedades al material. Dependiendo del contenido en carbono una aleación de hierro puede ser una aleación de fundición o de acero.

Fundición.

La fundición es una aleación de hierro y carbono principalmente, que puede contener otros elementos, en la cual el contenido de carbono es superior al punto de saturación, o sea 1,76%.

Dependiendo del contenido en carbono que tenga la aleación, se pueden obtener diferentes tipos de fundiciones. Estos materiales tienen una elevada colabilidad, tanto por su fluidez, como por baja absorción de gases en estado líquido. Durante la solidificación no tiene una excesiva contracción y se consiguen resistencias bastantes elevadas, aunque por otra parte en determinados tipos de aleaciones son bastante frágiles, con baja resistencia al impacto. Sin embargo, presentan una fácil maquinabilidad, elevada absorción de vibraciones, bajos coeficientes de rozamiento, bajo coste de fabricación y facilidad de conformación, lo que las hace ampliamente  aplicables en usos industriales.

Dentro de las fundiciones se pueden encontrar:

Fundición Gris.- (UNE-EN 1561:2012): material elaborado principalmente de hierro y carbono, en el que el carbono libre se presenta principalmente en forma de escamas de grafito (laminar). A su vez estas fundiciones pueden ser grises ordinarias, ferríticas y perlíticas dependiendo del contenido de carbono total en la aleación. Son aleaciones tenaces, aunque no las más duras.

Fundición Blanca: es aquella en la que todo en carbono está combinado bajo la formación de cementita (constituyente de los aceros y otras aleaciones. “Fe₃C”. Tiene un 6,67% en peso de carbono, y es un compuesto intermetálico de inserción). Se distinguen por que al fracturarse presenta un color blanco brillante. Es un tipo de fundición dura y frágil, menos fluida que la gris, que presenta al solidificarse algo de contracción.

Fundición Atruchada: mezcla de las dos anteriores. Es un tipo de fundición intermedia entre la blanca y la gris, donde parte del carbono se encuentra combinado formando cementita y parte libre en forma de grafito.

Fundición Maleable.-(UNE-EN 1562:2012): material basado principalmente en hierro y carbono, que solidifica en estado bruto de fundición con una estructura libre de grafito (blanca) y alcanza sus propiedades finales después de un tratamiento térmico. La propiedad final alcanzada es la maleabilidad, por lo que se emplea para piezas que han de tener cierta ductilidad y maleabilidad. Dentro de este grupo nos encontramos con varios tipos que son:

Fundición maleable de corazón blanco: material basado principalmente en hierro y carbono, obtenido a partir de fundición blanca sometida a un tratamiento térmico en atmósfera descarburante, con objeto de obtener un material parcial o totalmente descarburado. Cualquier resto de grafito se encuentra en forma de carbono recocido.

Fundición maleable de corazón negro: material basado principalmente en hierro y carbono, obtenido a partir de fundición blanca sometida a un tratamiento térmico no descarburante, para producir un material en el que todo el grafito se encuentra en forma de carbono recocido.

De grafito primario o eutéctico: grafito que precipita en forma laminar durante la solidificación.

Fundición Aleada: son aquella que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para proporcionarle alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor, etc.

Fundición endurecida o templada: Es aquella que por medio de un enfriamiento rápido (temple) es su proceso de fabricación ha adquirido una dureza mayor.

Acero.

Según la Norma UNE-EN 10020, se define al acero como, material en el que el hierro es el elemento predominante, el contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2% y contiene además otros elementos. Para un limitado número de aceros al cromo, el contenido en carbono puede ser superior al 2%, pero este valor es el contenido límite habitual que separa el acero de la fundición.

Los aceros los podemos clasificar atendiendo a su composición química y a la clase de calidad.

Clasificación en función de su composición química.

Aceros no aleados: se considera como acero no aleado aquel en el que el contenido, de cualquiera de sus elementos, es inferior al valor límite dado en la tabla 1.

Aceros inoxidables: los aceros inoxidables son los aceros que contienen un mínimo de 10,5% de cromo y un máximo de 1,2% de carbono.

Otros aceros aleados: se considera como otros aceros aleados aquellos que no cumpliendo con la definición de acero inoxidable, el contenido, de al menos uno de sus elementos, es igual o superior al límite dado en la tabla 1.

Tabla 1.- Delimitación de las clases de acero no aleado y aleados (análisis de colada).

Clasificación de las principales clases de calidad.

Aceros no aleados.

Aceros no aleados de calidad.

Los aceros no aleados de calidad son aquellos a los que se les exige, en general, requisitos de características específicas como por ejemplo, tamaño de grano y/o formalidad.

Los aceros no aleados para aplicaciones eléctricas se definen como: aceros no aleados de calidad con requisitos especificados de valores máximos de pérdida específica total o de valores mínimos de inducción magnética.

Aceros no aleados especiales.

Los aceros no aleados especiales son aquellos que presentan mayor pureza que los aceros de calidad, en especial, en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. En la mayoría de los casos, se destinan al tratamiento del temple y revenido o al tratamiento de temple superficial y se caracterizan por una respuesta regular a estos tratamientos. El control preciso de su composición química y sus condiciones particulares de elaboración y control les confieren propiedades mejoradas que permiten responder a requisitos estrictos. Estas propiedades, generalmente combinada y entre limites estrechos, incluyen valores del límite elástico o de la templabilidad elevados y ajustados, algunas veces asociados con adecuada conformidad en frió, soldabilidad o tenacidad.

Aceros inoxidables.

Los aceros inoxidables se subdividen de acuerdo con los criterios siguientes:

Contenido en níquel:

• Níquel inferior a 2,5%
• Níquel igual o superior a 2,5%.

Características particulares:

• Resistencia a la corrosión.
• Resistencia a la oxidación en caliente.
• Resistencia a la fluencia.

Otros acero aleados.

Aceros aleados de calidad.

Los aceros aleados de calidad son aquellos acero para los que existen requisitos como, por ejemplo, de tenacidad, de control de tamaño de grano y/o de formalidad.

En general, los aceros aleados de calidad no se destinan al tratamiento de temple y revenido o al de temple superficial.

Aceros aleados especiales.

Esta clase comprende los aceros, distintos de los acero inoxidables, caracterizados por un control preciso de su composición química y unas condiciones particulares de elaboración y control, para asegurar propiedades mejoradas, frecuentemente especificadas en combinación y entre límites muy estrechos.

Clasificación esquemática de los Materiales Férreos. Aleaciones. 

Clasificación de los Materiales Férreos. Aleaciones.