¿Qué son los metales ferrosos?
Como mencionamos en la introducción, los metales ferrosos son los que contienen cantidades relativamente grandes de hierro. El hierro es el metal más común en la Tierra por masa, y su presencia le da a los metales ferrosos características y propiedades únicas, como ductilidad y alta resistencia a la tracción.
El uso de metales ferrosos se remonta al año 1200 a. C., cuando la producción de hierro se hizo más común. Hoy en día, las propiedades favorables hacen que los metales ferrosos sean materiales valiosos, particularmente en la industria de la construcción.
Como la parte más significativa de la soldadura se realiza sobre metales ferrosos, veamos sus características. Comprender las propiedades de cada metal ferroso te ayudará a soldarlos y te daremos algunos consejos sobre cómo hacerlo.
Propiedades físicas y mecánicas del hierro.
El hierro, como otros metales, conduce el calor y la electricidad, tiene brillo y forma iones positivos en sus reacciones químicas. Además, el hierro puro es relativamente blando y se le puede dar forma fácilmente cuando está caliente, lo que lo convierte en un elemento valioso en la industria de la construcción.
- Símbolo: Fe
- Número atómico: 26
- Peso atómico: 55.847
- Grupo en la tabla periódica: 8 (VIIIb)
- Punto de fusión: 1536°C; 2797°F
- Punto de ebullición: 2861°C; 5182°F
- Densidad: 7,87 g/cm3; 0,284 lb/in3
El color del hierro es blanco plateado y se magnetiza fácilmente. Cuando se combina con pequeñas cantidades de carbono, el hierro se convierte en acero. Sin embargo, en presencia de humedad, el hierro se combina fácilmente con el oxígeno del aire y se oxida rápidamente.
No obstante, el hierro se protege contra la oxidación cubriéndolo con una solución de fosfato. Recubrir el hierro con zinc para hacer hierro galvanizado también evita la oxidación.
Propiedades mecánicas del hierro
Resistencia a la tracción a la rotura 540 MPa; 8300 psiLímite elástico 50 MPa; 7250 psi Relación de Poisson 0,291; 0,291 Módulo de elasticidad 200 GPa; 29000 ksiMódulo de corte77,5 GPa; 11200 ksi Dureza, Vickers 150; 150Dureza, Brinell 146; 146Dureza, Rockwell A 49; 49 Dureza, Rockwell B 79; 79
Soldadura de metales ferrosos – Formas de hierro puro
El metal de hierro se extrae de las rocas y minerales de mineral de hierro. Estos minerales varían en color de amarillo a gris oscuro a morado oscuro y rojo oxidado. El mineral se coloca en un alto horno junto con coque y piedra caliza, que sirven como fundente para producir hierro.
El primer resultado de la carburación y reducción del mineral de hierro con coque es el arrabio. Desafortunadamente, el arrabio fundido producido en este proceso tiene aproximadamente 3,5% – 4,5% del elemento carbono, lo que lo hace muy frágil e inaplicable en la mayoría de las áreas. Sin embargo, el arrabio se puede usar más tarde para producir hierro fundido, hierro de acero y hierro forjado.
Debido a su alta fragilidad, la soldadura de arrabio no es práctica, por lo que hablaremos más sobre otras formas de hacerlo.
Propiedades del hierro forjado
El hierro forjado es hierro casi puro, ya que contiene un 99% de hierro. El resto, el 1%, se limita a escorias, azufre, fósforo, manganeso, carbón y silicio.
El hierro forjado está hecho de arrabio en un horno de charcos. El arrabio se mezcla con escoria para producir una estructura fibrosa. Como resultado, el hierro forjado contiene hasta un 0,08 % de carbono. Además, dada su baja composición en aditivos, el hierro forjado tiene un aspecto leñoso o fibroso.
El hierro forjado es sólido pero también lo suficientemente maleable como para convertirlo en una cerca. Por lo tanto, una de las ventajas significativas del hierro forjado es su duración.
Uso de hierro forjado
El uso de hierro forjado ha disminuido a lo largo de los años, ya que el acero dulce es mucho más fácil de fabricar. Sin embargo, algunos artículos se fabricaban tradicionalmente con hierro forjado.
Hoy en día, el hierro forjado se usa para hacer artículos de decoración como bases de mesa, candelabros, barras de cortinas, etc., haciendo tuberías, cercas, puertas, tuercas, pernos, remaches, cadenas, ganchos de grúa y placas.
soldadura de hierro forjado
El procedimiento para soldar hierro forjado es generalmente el mismo que se usa para soldar acero estructural. Por lo tanto, la soldadura MIG (GMAW) y la soldadura Stick (SMAW) son los métodos más comunes.
Pero primero, debe tener en cuenta que los estándares nacionales de propiedades mecánicas del hierro forjado pueden variar ampliamente, incluso en dos placas de un mismo fabricante. Por lo tanto, puede obtener resultados diferentes.
No obstante, soldar hierro forjado puede ser fácil siempre que evite una penetración excesiva. El exceso de penetración puede dar lugar a inclusiones de escoria debido a la estructura de hierro forjado.
Para obtener los mejores resultados al soldar hierro forjado, debe usar electrodos revestidos de diámetro pequeño, que necesitan poca corriente. Además, la transferencia por inmersión o el arco pulsado con metal de aporte de menor diámetro deberían funcionar muy bien con la soldadura MIG (GMAW).
Tenga en cuenta que pueden ocurrir tensiones de contracción debido a la soldadura. Para evitarlo, debe usar cordones de refuerzo, untar con mantequilla el hierro forjado antes de completar la soldadura estructural, mantener la preparación de la soldadura al mínimo, retroceder y enfriar entre corridas.
vallas de hierro forjado
Propiedades del lingote de hierro
El hierro en lingotes es el hierro comercialmente más puro en el mercado actual, ya que contiene más del 99,85 % de hierro. Los lingotes de hierro tienen propiedades similares al acero al carbono, pero hay una ligera diferencia. El contenido de carbono en los lingotes de hierro se considera una impureza, mientras que en el acero al carbono, el carbono es uno de los elementos de aleación.
Soldadura de lingotes de hierro
Los lingotes de hierro son uniformemente puros, blandos pero tenaces, fluyen uniformemente, se depositan con suavidad y firmeza y contribuyen en gran medida a soldaduras sólidas y homogéneas. Las soldaduras densas y uniformes son fáciles y
obtenido rápidamente por operadores experimentados.
Las características positivas hacen que el hierro en lingotes sea muy adecuado para la soldadura por fusión y la soldadura por forja o martillo.
En ambos casos, el metal se calienta fácilmente y, una vez que la soldadura se coloca en su lugar, se mantiene firme.
Propiedades del Hierro Fundido y Soldadura
La sección anterior se refirió principalmente a las formas de hierro puro, pero en esta parte, analizaremos las estructuras, las características y la soldadura del hierro fundido.
Para empezar, debemos mencionar que el hierro fundido es una aleación de hierro hecha por el hombre. Es acero al carbono con más carbono agregado, junto con azufre, silicio, fósforo y manganeso.
El contenido de carbono del 1,7 % al 4,5 %, que es aproximadamente diez veces mayor que el de la mayoría de los aceros, el carbono migra al metal de soldadura y/o a la zona afectada por el calor, lo que lleva a una mayor fragilidad/dureza. Esto, a su vez, puede conducir al agrietamiento posterior a la soldadura.
soldadura de hierro fundido
El hierro fundido puede ser difícil de soldar debido a su composición específica que mencionamos anteriormente, pero no es imposible si usa la técnica de soldadura correcta para evitar grietas en la soldadura. Sin embargo, primero deberá identificar la aleación de hierro fundido que está a punto de soldar, ya que pueden mostrar características algo diferentes.
A continuación, deberá limpiar el yeso y precalentar el metal base. Finalmente, deberá elegir la técnica de soldadura y las varillas de soldadura adecuadas.
Para soldar hierro fundido, en teoría, se puede utilizar cualquiera de los procesos comunes de soldadura por arco, como la soldadura por arco de metal manual, la soldadura por arco con núcleo fundente, la soldadura por gas activo de metal, la soldadura por arco sumergido y la soldadura por arco de tungsteno. Sin embargo, generalmente se prefiere un proceso que facilite el calentamiento y enfriamiento lentos.
Si desea obtener más información sobre la soldadura de hierro fundido, no dude en consultar nuestra guía.
Hierro fundido gris
El hierro fundido gris es el tipo más común de hierro fundido. Es fundamentalmente una aleación de hierro-carbono-manganeso-silicio con un 2,5-4% de carbono.
Durante la fabricación, el carbono se precipita en escamas de grafito en la estructura cristalina de ferrita o perlita de fundición gris. Sin embargo, estas escamas de grafito pueden disolverse durante la soldadura y precipitarse como martensita con alto contenido de carbono, fragilizando la zona afectada por el calor y el metal de soldadura.
El hierro fundido gris se caracteriza por un bajo coeficiente de fricción, lo que lo hace ideal como material lubricante. También tiene buena maquinabilidad y ninguna ductilidad.
Hierro fundido blanco
Piezas fundidas de hierro fundido blanco
El hierro fundido blanco no contiene grafito y contiene carbono en forma combinada como carburos metálicos que hacen que la microestructura sea frágil. Además, el hierro fundido blanco generalmente se considera no soldable debido a sus malas propiedades dúctiles. Sin embargo, se utiliza para piezas inferiores y fundiciones.
Además, el hierro fundido blanco se puede utilizar para fabricar hierro fundido maleable. Además de la diferencia de color, la fundición gris y la fundición blanca tienen estructuras diferentes. La fundición blanca, además de grafito carbón y silicato, presenta ligeras trazas de azufre, manganeso y fósforo, lo que la hace no soldable.
Hierro fundido nodular/dúctil
El hierro fundido dúctil o nodular tiene una composición similar al hierro gris, pero con niveles de impurezas más bajos. Este metal ferroso se forma una vez que se agrega el magnesio al hierro fundido fundido.
A diferencia del hierro gris, el hierro dúctil contiene grafito como esferoides en su matriz. Como resultado, la resistencia a la tracción del metal aumenta mientras que su fragilidad disminuye.
Hierro fundido enfriado
Rollo de horno de hierro fundido enfriado
El hierro fundido enfriado es uno producido con enfriamiento rápido. Todos los hierros fundidos se enfrían hasta una profundidad limitada de 2 mm cuando se vierte el metal fundido en varios moldes.
Sin embargo, la fundición se puede enfriar intencionalmente para proporcionar la dureza necesaria para soportar el desgaste y la fricción.
Hierro fundido maleable
El hierro maleable es hierro blanco tratado térmicamente con un contenido de carbono sustancialmente más bajo en comparación con el hierro blanco. Por lo general, se calienta entre 760 y 927 °C durante unas 150 horas en recipientes llenos de mineral de hematita o escamas de hierro.
Dependiendo del tratamiento térmico empleado, generalmente tiene una estructura de mezcla de ferrita o perlita con nódulos de grafito, lo que mejora la ductilidad en comparación con el hierro blanco estándar. Dadas sus características y propiedades, la fundición maleable es aplicable en accesorios de tubería, cilindros hidráulicos, válvulas, tuberías, rieles y automóviles.
Acero Metales ferrosos y como soldarlos
La principal diferencia entre los metales ferrosos de hierro fundido y acero es su composición. El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene menos del 2% de carbono y 1% de manganeso y pequeñas cantidades de silicio, fósforo, azufre y oxígeno.
En comparación, algunos metales de hierro fundido pueden tener incluso un 4-5 % de contenido de carbono, lo que dificulta su soldadura. Con sus características positivas, el acero es uno de los metales ferrosos de ingeniería y construcción más importantes del mundo, ya que se utiliza en todos los aspectos de nuestras vidas.
Los tipos de metales ferrosos de acero más utilizados son el acero inoxidable, el acero fundido, el acero aleado y el acero al carbono.
Propiedades del acero inoxidable
El acero inoxidable es una aleación a base de hierro que contiene un 10-30 % de recubrimiento de cromo, lo que aumenta la resistencia a la corrosión. El grado de cromo puede variar, y cada variación tiene atributos químicos ligeramente diferentes que influyen en la soldabilidad. Por lo tanto, es probable que trabaje con acero inoxidable austenítico, acero inoxidable ferrítico y acero inoxidable martensítico.
El acero inoxidable austenítico ofrece mayor resistencia a la corrosión y baja conductividad térmica, y es dúctil y resistente. El acero inoxidable austenítico más común y el más común de todos los aceros inoxidables es el Tipo 304.
Bobinas de tiras de acero en tienda
El acero inoxidable martensítico es conocido por ser el primer tipo de acero inoxidable desarrollado para uso comercial. Aunque es resistente a la corrosión, los altos niveles de carbono pueden provocar grietas, por lo que deberá tener cuidado durante la soldadura.
El acero inoxidable ferrítico es conocido por ser el tipo más económico de los tres principales. Debido a esto, a menudo se usa para fabricar productos de consumo, autopartes y láminas de metal. La industria automotriz es el mayor consumidor de acero inoxidable ferrítico, con grados 409 y 439
soldadura de acero inoxidable
Aunque el acero inoxidable ofrece una alta resistencia a la corrosión, puede ser un desafío soldarlo. Cualquier contaminación o exceso de acero al carbono puede interferir con las propiedades de la soldadura y hacerla propensa a la corrosión.
Por lo tanto, antes de soldar, la preparación es crucial. Primero, deberá limpiar las juntas a fondo, y la buena práctica es tener herramientas de limpieza separadas solo para acero inoxidable para mantenerlo resistente a la corrosión.
Puede elegir soldadura MIG, soldadura TIG o soldadura por puntos de resistencia para soldar acero inoxidable. Sin embargo, el objetivo principal es controlar el calor de soldadura y hacer coincidir los metales de aporte. El tratamiento con altas temperaturas puede causar problemas y envolturas; por lo tanto, se considera uno de los metales ferrosos más desafiantes para la soldadura por arco metálico.
Sin embargo, soldar acero inoxidable no tiene por qué ser difícil si sigue nuestra guía detallada.
Propiedades y soldabilidad de la aleación de acero
El acero aleado generalmente contiene entre 1 y 7 % de elementos como Cr, Ni, Mo y V. Esta categoría incluye aceros al cromo (que contienen hasta un 5 % de Cr y un 1 % de Mo) y aceros al níquel (que contienen hasta un 5 % de Ni) . Por lo tanto, las aleaciones de acero pueden soldarse mediante la mayoría de los procesos, siempre que se tomen las precauciones adecuadas para evitar defectos.
Es esencial utilizar procesos y consumibles con bajo contenido de hidrógeno para evitar el agrietamiento por hidrógeno en la fabricación. Cuando el contenido de carbono y aleación y el espesor de la sección aumentan, los riesgos de rotura del metal fundido se vuelven más significativos.
Propiedades del acero al carbono
El acero al carbono es una gran categoría de acero que incluye muchas composiciones químicas diferentes. Aunque está compuesto principalmente de hierro, se pueden agregar varios otros elementos al acero al carbono. Por lo tanto, a menudo hablamos de:
- Aceros de bajo carbono que contienen menos de aproximadamente 0,30% de carbono
- Aceros de medio carbono que contienen aproximadamente 0,30% – 0,60% de carbono
- Aceros de alto carbono que contienen aproximadamente 0,61% – 2,1% de carbono
soldadura de acero al carbono
Antes de considerar soldar acero al carbono, debe saber que cada tipo de acero al carbono requiere diferentes consideraciones al soldar.
El acero con bajo contenido de carbono suele ser el acero soldado con más frecuencia, y puede hacerlo en un entorno a temperatura ambiente.
El acero de carbono medio generalmente requiere un tratamiento de precalentamiento y poscalentamiento para evitar el agrietamiento de la soldadura.
La razón es el contenido medio de carbono que puede afectar la soldabilidad de cualquier proceso de soldadura.
El acero con alto contenido de carbono es incluso más propenso a agrietarse por soldadura que los otros dos grupos de acero al carbono. Por lo tanto, la soldadura de acero con alto contenido de carbono probablemente requerirá procesos de precalentamiento y postcalentamiento muy completos. También podría requerir metales de aporte de soldadura especiales.
Propiedades y soldabilidad del acero fundido
El acero fundido es acero al carbono o de baja aleación que se funde y se vierte en un molde para fluir en la forma deseada. Una vez que se solidifica, el metal fundido produce el componente deseado.
La soldadura de acero fundido puede tener éxito si tiene una composición típica de acero con bajo contenido de carbono.
Sin embargo, puede ser un desafío soldar si la pieza fundida es de acero de aleación media y baja o, lo que es peor, de acero con alto contenido de carbono, como ya habrá entendido en la sección anterior.
Cuando se trata de aceros fundidos, los problemas más comunes son la distorsión y el agrietamiento. Estos pueden ocurrir debido a malas condiciones de servicio, altas cantidades de silicio y manganeso, superficies sucias y el alcance de los límites de fatiga del metal durante los procedimientos de soldadura.