METAL·LÚRGIA I SIDERÚRGIA

Laia MeleroRicard MontemayorJoan MuxiMiguel Angel RamirezKevin Tejedera

ÍNDEX

• El procés metal·lúrgic• Els minerals• Aliatges• Solidificació dels aliatges• Els productes metal·lúrgics• El ferro i els seus aliatges• Els productes siderúrgics: acers i foses• Siderúrgia• Obtenció del ferro colat: l’alt forn• Obtenció de l’acer• Formes comercials dels acers• Tractaments tèrmics

EL PROCÉS METAL·LÚRGIC

Mineria: extracció del mineral i enriquiment.

Metal·lúrgia: obtenció del metall en brut i afinament.

Indústries metàl·liques: elaboració del metall obtingut

La metal·lúrgia és el conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls. El procés és el següent:

ELS MINERALS

Els minerals es troben a la natura combinats amb altres elements. Els compostos més comuns són: • Òxids• Sulfurs• Carbonats

Un mineral està format per:• Mena: part aprofitable i rica en metall• Ganga: part no aprofitable pobra en metall.L’ enriquiment consisteix en separar aquests dos components.

ALIATGES

Un aliatge una mescla homogènia de dos o més elements, dels quals com a mínim un ha de ser un metall. El compost resultant presenta les característiques pròpies d’un metall.

Llautó

Bronze

Invar

SOLIDIFICACIÓ DELS ALIATGES

Diferencia entre solidifiació de un metall pur i un aliatge:- Metall pur: quan es refreda i passa de liquid a solid , la

temperatura es manté mentre es solidifica.- Aliatge: La temperatura de fusió no és fixa , depenent de

la quantitat de cada element.

Corba de solidificació d’un metall pur Corba de solidificació d’un aliatge binari

Diagrama d’equilibri d’aliatge:- Àrea de fase líquida . - Àrea de fase líquida + sòlida- Àrea de fase sòlida:Aliatges en què els components són totalment solubles en estat líquid:Presenta minim a la linia de liquids. Aquest sempre coincideix amb la linia de solids. La proporció s’anomena eutèctica i el punt s’anomena eutèctic i la temperatura es coneix amb temperatura eutectica.Aliatges importantes degut a :- Se solidifiquen a una temperatura constant.- La temperatura de solidificació es la mes baixa possible- Ideals per peces de emotllament.

Diagrama d’equilibri de l’aliatge níquel + coure

ELS PRODUCTES METAL·LÚRGICS

Ferros

Acers No aliats al carboni/ Aliats

Foses

FÈRRICS

Purs Aliatges

Coure Llautons

Alumini Bronzes

Plom Aliatges lleugers

Estany Aliatges ultralleugers

Zinc Altres aliatges

Níquel

Crom

NO FÈRRICS

Ferro

EL FERRO I ELS SEUS ALIATGES

Caracteristiques del ferro pur:-Punt de fusió: 1539ºC -Color: blanc grisós.-Densitat: 7.87 g/cm3. -Propietats mecaniques: dúctil i mal·leable.-Altres propietats: bon conductor elèctric i fàcilment magnetitzable.Solidificació:-Als 1539ºC pas a la fase solida( varietat delta)-Baixa temperatura fins als 1390ºC canviant la estructura (varietat beta)-Descens fins 900ºC (canvia a varietat beta)-Descens final fins 750ºC on es deixa refredad a temperatura ambient (varietat gamma)

Diagrama de solidificació del ferro

Propietats de les diferents varietats al·lotròpiques del ferro:

Delta: Als 1539ºC, la temperatura és constant i tota la massa passa a ser solida, aquí és on es considera la varietat delta, és poc magnètica i amb solubilitat de carboni baixa.Gamma: aquesta varietat s’obté quan la temperatura arriba als 1390ºC canvia la seva estructura cristal·lina i passa a la varietat gamma, aquesta varietat no és magnètica i te una alta solubilitat de carboni. Beta: si la temperatura arriba als 900ºC canvia a la varietat beta, és poc magnètica i solubilitat molt baixa.Alfa: si la temperatura es de 750ºC i es refreda a temperatura ambient, passa a la varietat alfa, és la varietat mes magnètica i amb una solubilitat molt baixa.

Aliatges ferro-carboni Constituent Forma del

ferroMàxim de carboni

Resistència al trencament

Allargament Magnetisme Duresa

Ferrita Ferro alfa 0,02 275 37 Magnètica 90

Cementita Carbur de ferro

6,67 Fràgil Magnètica (fins als 220ºC)

700

Perlita +86,5% ferrita +13,5% cementita

785 15 200

Austenita Ferro gamma

1,76 980 30 No magnètica 300

Martensita Ferro alfa 0,89 1700-2500 2,5-0,5 Magnètica 495-745

ELS PRODUCTES SIDERÚRGICS: ACERS I FOSES

AliatgesFerro + carboni

AcersC 0,1-1,76%

No aliats (al carboni)

Aliats

FosesC 1,76-

6,67% + Silici / C 3-

4,5%

Blanca (Carbur de ferro)

Grisa (Grafit)Laminar

Esferoïdal (ductil)

Nodular (mal·leable)

Per donar forma als metalls es fa servir:• La forja (metall en estat sòlid).• L’emmotllament (metall en estat líquid).

SIDERÚRGIA

La siderúrgia és la part de la metal·lúrgia que estudia el ferro i els seus aliatges. El ferro es troba en els minerals formant diferents compostos químics:• Òxids (Hematites/Magnetita)• Carbonats (Siderita)• Sulfurs (Pirita)

OBTENCIÓ DEL FERRO COLAT: ALT FORN

L'alt forn és la instal·lació industrial on es transforma o treballa el mineral de ferro i s'obté el ferro colat. Les matèries primeres que intervenen són:• Mineral de ferro• Carbó de coc• Pedra calcària

Dints del forn es distingeixen quatre zones per on van passant les matèries primeres desde la boca superior fins la solera:• Zona de deshidratació• Zona de reducció• Zona de carburació• Zona de fusió

OBTENCIÓ DE L’ACER

Per obtenir acer cal descarburar (reduir el contingut de carboni) i reduir el contingut d’impureesses del ferro colat. Les instal·lacions més emprades en l’obtenció de l’acer són:• El convertidor d’oxigen• El forn elèctric

Convertidor d’oxigen Forn elèctric

FORMES COMERCIALS DELS ACERS

Els acers, al sortir dels convertidors o forns, es troben en fase líquida. Cal solidificar-los i donar-los una forma adequada. Hi ha dos procediments:• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar.• Colar-los en uns canals per on es donen forma de barra de secció

rectangular mentre circulen a la secció de laminatge (en calent).

TRACTAMENTS TÈRMICS

Consisteixen a sotmetre l’acer a uns canvis controlats de temperatura per variar les proporcions dels seus constituents. Els més utilitzats són:• El tremp• El revingut• La recuita• El normalitzat