1. Clasificación

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico). Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado, escamosa, conocida comúnmente como orín o herrumbre. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. El hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose.

Al sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo hace pasivo, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal.

El hierro, en presencia de agua, reacciona con el oxígeno atmosférico

formando un óxido de hierro hidratado. Este proceso ha corroído

Se encuentra en los meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos químicos, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre; es el más abundante de todos los metales. Los principales minerales de hierro son las hematites. Otros minerales importantes son la goetita, la magnetita, la siderita y el hierro del pantano. La pirita, no se procesa como mineral de hierro porque el azufre es muy difícil de eliminar. Combinadas con aguas naturales y en las plantas.

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los griegos ya conocían hacia el 1000 a.C. la técnica, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas.. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado.

La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. Desde la década de 1960 funcionan varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a partir de material de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.

El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio, y añadiendo después las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400 ºC, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales. En 1855, Henry Bessemer desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre y en el que el proceso de refinado del arrabio se lleva a cabo mediante chorros de aire a presión que se inyectan a través del metal fundido. En el proceso siemens-martin, se calientan previamente el gas combustible y el aire por un procedimiento regenerativo que permite alcanzar temperaturas de hasta 1.650 ºC.

Los aceros se clasifican en: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables, aceros de herramientas y aceros de baja aleación ultra resistentes. Los aceros al carbono contienen diferentes cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso. Los aceros aleados poseen vanadio y molibdeno además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Los aceros inoxidables llevan cromo y níquel. Los aceros de herramienta contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad. Los aceros de baja aleación ultra resistentes tienen menos cantidad de elementos de aleación y deben su elevada resistencia al tratamiento especial que reciben.

4. Estructura del acero

Las propiedades físicas del acero y su comportamiento a distintas temperaturas varían según la cantidad dturas varían según la cantidad dl hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: la ferrita, blanda y dúctil; la cementita, dura y frágil; y la perlita, una mezcla de ambas y de propiedades intermedias. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está compuesto por perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita. Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en austenita. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita se convierte en martensita, pero con carbono en disolución sólida.

5. Tratamiento térmico del acero

El objetivo de este proceso es controlar la cantidad, la forma, el tamaño y la distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita. Consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma austenita y después enfriarlo rápidamente sumergiéndolo en agua o aceite. Otro método de tratamiento térmico es la cementación.

7. Fundición del acero

El sector industrial da trabajo a una tercera parte de la población

activa de Indiana (EEUU) y es su principal actividad económica. Aquí,

un trabajador revisa la producción acerera y vierte el acero fundido a

1.600 ºC. Las industrias constructoras y del automóvil mantienen a

flote la industria del acero, ya que éste es el material para estructuras

de uso más extendido.

Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos como, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

11. Alto horno

Horno en forma de torre para refinar mineral, cuyo funcionamiento consiste en forzar que un chorro de aire pase por una mezcla de combustible sólido y mineral para quemar las impurezas no deseadas o convertirlas en escoria insoluble. El nombre de alto horno suele restringirse a los hornos metalúrgicos que reducen el mineral metálico, y en particular al empleado para obtener arrabio a partir del mineral de hierro.

Para transformar mineral de hierro en arrabio útil hay que eliminar sus

impurezas. Esto se logra en un alto horno forzando el paso de aire

extremadamente caliente a través de una mezcla de mineral, coque y

caliza, la llamada carga. Unas vagonetas vuelcan la carga en unas

tolvas situadas en la parte superior del horno. Una vez en el horno, la

carga es sometida a chorros de aire de hasta 870 ºC (el horno debe

estar forrado con una capa de ladrillo refractario para resistir esas

temperaturas). El metal fundido se acumula en la parte inferior. Los

residuos (la escoria) flotan por encima del arrabio fundido. Ambas

sustancias se extraen periódicamente para ser procesadas.

12. Acero de horno eléctrico

 En algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la electricidad y no de la combustión de gas. Como las condiciones de refinado de estos hornos se pueden regular más estrictamente que las de los hornos de crisol abierto o los hornos básicos de oxígeno. El refinado se produce en una cámara hermética, donde la temperatura y otras condiciones se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automáticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxígeno que entra en el horno puede regularse con precisión en todo momento, lo que evita reacciones de oxidación no deseadas.

En la mayoría de los casos, la carga está formada casi exclusivamente por material de chatarra. Antes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada y clasificada, porque su contenido en aleaciones afecta a la composición del metal refinado. También se añaden otros materiales, como pequeñas cantidades de mineral de hierro y cal seca, para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleación se introducen con la carga o después, cuando se vierte a la cuchara el acero refinado.

Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal. La corriente eléctrica fluye por uno de los electrodos, forma un arco eléctrico hasta la carga metálica, recorre el metal y vuelve a formar un arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia del metal al flujo de corriente genera calor, que -junto con el producido por el arco eléctrico- funde el metal con rapidez. Hay otros tipos de horno eléctrico donde se emplea una espiral para generar calor.

Temple, en metalurgia e ingeniería, proceso de baja temperatura en el tratamiento térmico del acero con el que se obtiene el equilibrio deseado entre la dureza y la tenacidad del producto terminado. Los artículos de acero endurecidos calentándolos a unos 900 °C y enfriándolos rápidamente en aceite o agua se vuelven duros y quebradizos. Si se vuelven a calentar a una temperatura menor se reduce su dureza pero se mejora su tenacidad. El equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad se logra controlando la temperatura a la que se recalienta el acero y la duración del calentamiento. La temperatura se determina con un instrumento conocido como pirómetro; en el pasado se hacía observando el color de la capa de óxido que se formaba sobre el metal durante el calentamiento.

ACERO CALIDAD C1045

Estos aceros se usan cuando se requiere una mayor resistencia de la que puede obtenerse de aceros al bajo carbono, y responde al tratamiento térmico y una extensa gama de propiedades se puede obtener. Entre sus aplicaciones se incluyen flechas, partes de máquinas, pernos, piñones, engranes, etc.