Qué es Arrabio – Hierro Crudo-Definición

En general, el arrabio es un producto intermedio de la industria del hierro. El arrabio, también conocido como hierro crudo, se produce mediante el proceso de alto horno y contiene hasta un 4-5% de carbono, con pequeñas cantidades de otras impurezas como azufre, magnesio, fósforo y manganeso. El arrabio se suministra en una variedad de tamaños y pesos de lingotes, que van desde 3 kg hasta más de 50 kg. El arrabio no es un producto vendible, sino más bien un paso intermedio en la producción de hierro fundido y acero. La reducción de contaminantes en el arrabio que afectan negativamente las propiedades de los materiales, como el azufre y el fósforo, produce hierro fundido que contiene 2-4% de carbono, 1-6% de silicio y pequeñas cantidades de manganeso.

Propiedades de arrabio

Las propiedades del material son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.).). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por lo tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.

Las propiedades mecánicas de los materiales de arrabio

se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.

Resistencia de arrabio

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas o deformación plástica. La resistencia de los materiales considera básicamente la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación o cambio resultante en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción final

La resistencia a la tracción final del arrabio varía mucho y depende de la forma que tome el carbono en la aleación. El alto nivel de carbono lo hace relativamente débil y frágil. La reducción de la cantidad de carbono a 0,002–2,1% en masa produce acero, que puede ser hasta 1000 veces más duro que el hierro puro.

La resistencia a la tracción máxima es el máximo en la curva de esfuerzo-deformación de ingeniería. Esto corresponde al esfuerzo máximo que puede soportar una estructura en tensión. Resistencia a la tracción es a menudo abreviado como “resistencia” o incluso “al final.”Si se aplica y mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el estrés de fluencia (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta cuellos donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene tensión más alta que la fuerza máxima. A pesar de que las deformaciones pueden continuar aumentando, el estrés generalmente disminuye después de que se ha logrado la fuerza final. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, la presencia o no de defectos en la superficie y la temperatura del entorno y el material de prueba. La resistencia a la tracción final varía de 50 MPa para un aluminio a hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Resistencia a la fluencia

La resistencia a la fluencia del arrabio varía mucho y depende de la forma que tome el carbono en la aleación.

El punto de fluencia es el punto de una curva de esfuerzo-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. La fuerza de fluencia o tensión de fluencia es la propiedad del material definida como la tensión en la que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el punto de fluencia es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del punto de fluencia, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez pasado el punto de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales presentan un comportamiento denominado fenómeno del punto de fluencia. Las resistencias de fluencia varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Módulo de elasticidad de Young

El módulo de elasticidad de Young del arrabio varía mucho y depende de la forma que tome el carbono en la aleación.

El módulo de elasticidad de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta un esfuerzo limitante, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al eliminar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan de su posición de equilibrio. Todos los átomos están desplazados en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. De acuerdo con la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la tensión (en la región elástica), y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la tensión.

Dureza de arrabio

La dureza Brinell de arrabio varía mucho y depende de la forma que tome el carbono en la aleación.

En ciencia de materiales, la dureza es la capacidad de soportar la indentación de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material más mal definida, ya que puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la conformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.

La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza de indentación, que se ha desarrollado para pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, un penetrador esférico duro se fuerza bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulgadas) de diámetro como penetrador con una fuerza de 3.000 kgf (29,42 kN; 6.614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo especificado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se utiliza una fuerza más pequeña; para materiales más duros, se sustituye una bola de carburo de tungsteno por la bola de acero.

La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por los estándares de prueba más utilizados (ASTM E10 – 14 e ISO 6506-1:2005) como HBW (H de dureza, B de brinell y W del material del penetrador, carburo de tungsteno (wolframio)). En estándares anteriores, HB o HBS se usaban para referirse a mediciones hechas con indentadores de acero.

El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por la superficie de la hendidura. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

Hay una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de ensayo en los que es aplicable la correlación. En todas las escalas, un número de alta dureza representa un metal duro.

Propiedades térmicas de hierro en bruto

Las propiedades térmicas de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad de calor, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de arrabio

El arrabio tiene un punto de fusión en el rango de 1420-1470 K, que es inferior a cualquiera de sus dos componentes principales, y lo convierte en el primer producto que se funde cuando el carbono y el hierro se calientan juntos.

En general, la fusión es un cambio de fase de una sustancia de la fase sólida a la fase líquida. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El punto de fusión también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Punto de ebullición de la fundición en bruto

La fundición en bruto es una sustancia multielemento, principalmente de hierro, con adiciones de carbono e impurezas. El carbono está principalmente en forma de carburos de los metales de aleación. Los carburos tendrán temperaturas de ebullición más altas que la matriz metálica. El punto de ebullición del hierro (no del arrabio) es de 2860°C, por lo que el punto de ebullición del arrabio está cerca de este valor.

En general, la ebullición es un cambio de fase de una sustancia de la fase líquida a la fase gaseosa. El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase (ebullición o vaporización).

Conductividad térmica de la fundición en bruto

La fundición en bruto es una sustancia multielemento, principalmente de hierro, con adiciones de carbono e impurezas. El carbono está principalmente en forma de carburos de los metales de aleación. La conductividad térmica del hierro (no del arrabio) es de 80 W/(m.K).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden por una propiedad llamada conductividad térmica, k (o λ), medida en W / m. K. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción. Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La conductividad térmica de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que generalmente podemos escribir k = k (T). Definiciones similares están asociadas con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isotrópico la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.