Date post: | 05-Dec-2014 |
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CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
ÍNDICE
CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
I
FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES METÁLICOS ....................01PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. CARACTERÍSTICAS...................................01ALEACIÓN METÁLICA. DEFINICIÓN ................................................................01· CARACTERÍSTICAS DE UNA ALEACIÓN METÁLICA ..........................................01·PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ..............................................................02TECNOLOGÍA DEL HIERRO FUNDIDO. DEFINICIÓN ...........................................03· TIPOS......................................................................................................
.................................................................................................
03· PROPIEDADES DE LOS HIERROS FUNDIDOS..................................................04· PRODUCCIÓN DEL HIERRO FUNDIDO ...........................................................05· ALTO HORNO.............................................................................................06TECNOLOGÍA DEL ACERO..............................................................................07· DEFINICIÓN..............................................................................................07· PRODUCCIÓN............................................................................................08· DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS...................................................................08 · ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS..09 · ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA ..........10 · ACEROS AL CARBONO ..........................................................................11 · ACEROS DE ALEACIÓN DÉBIL ................................................................12 · ACEROS DE ALEACIÓN FUERTE ..............................................................15 · ACERO PARA HERRAMIENTAS ................................................................16 · EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL ACERO...........................17 · TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS...............................................18 · TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA MASA. GENERALIDADES.......................18 · NORMALIZACIÓN ..............................................................................18 · TEMPLE............................................................................................19 · REVENIDO DE DISTENSIÓN..............................................................19 · AFINO Y TEMPLE ...............................................................................20 · RECOCIDO .......................................................................................21 · TRATAMIENTOS TÉRMICOS SUPERFICIALES. GENERALIDADES.................22 · TEMPLE SUPERFICIAL ........................................................................23 · CEMENTACIÓN..................................................................................23 · NITRURACIÓN ..................................................................................24 · TABLA RESUMEN TRATAMIENTOS ........................................................25ALEACIONES LIGERAS..................................................................................26
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ÍNDICE
CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
II
· ALEACIONES DE ALUMINIO.........................................................................26 · GENERALIDADES ....................................................................................26 · PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO ................................................27 · ALEACIONES DE ALUMINIO – COBRE.........................................................27 · ALEACIONES DE ALUMINIO – SILICIO .......................................................27 · ALEACIONES DE ALUMINIO – MAGNESIO ...................................................27 · OTRAS ALEACIONES................................................................................27
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CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
01
FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES METÁLICOS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. CARACTERÍSTICAS
Se llaman metales esas sustancias que poseen las siguientes características:
- Buena conductibilidad térmica y eléctrica.- Brillo característico, llamado metálico.- No se combinan casi nunca entre sí ni con el hidrógeno.- Buena ductilidad y maleabilidad.- Son todos sólidos a temperatura normal (15 ÷ 20°C), exceptuando el mercurio que es líquido.
Ejemplo: Son metales el hierro, la plata, el cinc, el cromo, el manganeso, el plomo, etc.; no son metales (es decir elementos que no presentan las propiedades típicas de los metales): el fósforo, el azufre, el oxígeno, el carbono, etc.; no son metales (aún presentando las propiedades típicas de los metales): el acero, el latón, etc.: estos materiales son aleaciones metálicas.
ALEACIÓN METÁLICA. DEFINICIÓN
Una aleación metálica está formada por dos o más elementos, uno de ellos al menos es un metal presente en cantidad preponderante sobre los demás elementos.
CARACTERÍSTICAS DE UNA ALEACIÓN METÁLICA
Además de los elementos fundamentales que la caracterizan, en una aleación pueden tenerse metales o no metales tanto bajo forma de impurezas como de añadidos intencionados para conseguir propiedades especiales.Un ejemplo de aleación compuesta por dos metales es el latón, formado por los metales cobre y cinc. Otro ejemplo de aleación de un metal y un no metal es el acero, formado por el metal hierro y el no metal carbono.
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02
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
PROPIEDADES FÍSICAS
PROPIEDADES QUÍMICAS
PROPIEDADES MECÁNICAS
PROPIEDADES TECNOLÓGICAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Masa volúmica
Dilatación térmica
Punto de fusión
Conductibilidad eléctrica
Conductibilidad térmica
Propiedades ferromagnéticas
Resistencia a la corrosión
Composición química
Resistencia a las cargas continuas (tracción, compresión, corte, etc.)
Resistencia a la fatiga
Resistencia a los golpes
Dureza
Resistencia al desgaste
Ductilidad
Maleabilidad
Fusibilidad
Soldabilidad
Templabilidad
Mecanizado en máquinas herramientas
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03
TECNOLOGÍA DEL HIERRO FUNDIDO. DEFINICIÓN
El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono con un contenido de carbono que oscila entre el 2,06 % y el 6,67 % (con porcentajes inferiores al valor mínimo se obtienen los aceros y con valores superiores al máximo un compuesto llamado cementita que no es una aleación).
TIPOS
El carbono está contenido en el hierro fundido de dos formas: combinado químicamente con el hierro, originando la cementita, un compuesto duro y frágil; libre, bajo forma de grafito. Si el carbono está contenido bajo forma de cementita se obtiene el hierro fundido blanco; si el carbono está bajo forma de grafito se obtiene el hierro fundido laminar y el esferoidal.
Hierro fundido blanco Hierro fundido laminar Hierro fundido esferoidal
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04
PROPIEDADES DE LOS HIERROS FUNDIDOS
DUREZARESIST. A LA TRACCIÓNRESIST. A LA COMPRESIÓNRESIST. A LOS GOLPES
FUSIBILIDADMECANIZADO EN LAS M.H.
Blanco Laminar Esferoidal
ElevadaMediaBuenaEscasa
MediaEscasa
HIERRO FUNDIDO
PROPIEDAD
MEC
ÁN
ICA
STEC
NO
LÓ
GIC
AS
MediaEscasaMediaEscasa
BuenaBuena
ElevadaBuenaBuenaMedia
BuenaBuena
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05
PRODUCCIÓN DEL HIERRO FUNDIDO
MF. Mineral de hierro.C. Coque.Ca. Caliza.E. Elevador para cargar el material.B. Boca de carga.G. Hierro fundido.H. Salida gases.I Revestimiento de ladrillos refractarios.L Conducto de aire calentado.R Crisol.
El mineral de hierro es transportado a las factorías siderúrgicas donde se transforma en hierro fundido en los altos hornos; el hierro fundido es, por lo tanto, el primer producto siderúrgico que se obtiene de los minerales de hierro.
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06
ALTO HORNO
El alto horno se carga desde arriba por capas alternas de mineral de hierro (MF), carbón coque metalúrgico (C) y caliza (Ca); el combustible es el coque metalúrgico que suministra el carbono que se alea con el hierro; la caliza tiene una función de escarificante. El alto horno está formado por una parte troncocónica interior, llamada bolsa; el vientre es la zona comprendida entre la cuba y la bolsa y es la parte más larga del alto horno. En la parte inferior del alto horno, llamada crisol (R), se acumula el hierro fundido (G). Las escorias se separan del metal fundido y se utilizan en otros procesos industriales.
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07
TECNOLOGÍA DEL ACERO
DEFINICIÓN
Los aceros son aleaciones constituidas preferentemente por hierro y carbono (pero pueden existir otros elementos de aleación en porcentajes muy variables); en este tipo de aleaciones el contenido de carbono es inferior al 2%.
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08
PRODUCCIÓN
El acero se obtiene de la decarburación del hierro fundido procedente de los altos hornos. Por decarburación se entiende la disminución de la cantidad de carbono presente en la aleación y puede realizarse utilizando hornos adecuados. Para conseguir hierro, es decir una aleación con un porcentaje de carbono muy bajo, se utilizan los hornos de reverbero. Para la producción de aceros normales, es decir sin características mecánicas especiales se utilizan los conversores. Por último, para la producción de aceros especiales, con particulares características mecánicas y con otros elementos de aleación además del carbono, se utilizan los hornos eléctricos.
DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS
Los aceros se dividen en dos grupos fundamentales:
- Aceros designados en función de las características mecánicas.- Aceros designados en función de la composición química.
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09
ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
En estos aceros asumen gran importancia sus características básicas como la carga de rotura o de deformación elástica y el grado de soldabilidad al utilizarse preferentemente en la cerrajería.Es acero al carbono, sin aleación y que no ha sido sometido a ningún tratamiento térmico, destinado a la fabricación de piezas estructurales.La propiedad mecánica principal de este grupo de acero es su resistencia a la tracción, por ejemplo:
En la siguiente tabla se muestran algunos tipos de acero que pertenecen a este grupo:
Carga unitaria mínima garantizada en la roturaR = 360 N/mm2 (37 kg/mm2)
Símbolo del Hierro que distingue los aceros designados en función de sus propiedades mecánicas
Carga unitaria mínima garantizada en la deformación elástica Rs = 355 N/mm2
Fe 360
Fe E 355
nueva
Fe 320
Fe 360Fe 430Fe 510
Fe E 275
Fe E 355
Fe E 420
Fe E 490
anterior
Fe 33
Fe 37Fe 44Fe 52
-
-
-
-
No se garantiza la soldabilidad
Piezas con deformaciones medias y ligeras, montajes con clavos y pernos y mediante soldadura por arco o autógena.
Piezas con embutidos profundos.
Piezas con pliegues y embutidos medios.
Piezas muy sometidas a esfuerzo con pliegues y embutidos medio-ligeros.
Piezas muy sometidas a esfuerzo con pliegues y embutidos ligeros.
Chapas y tiras de chapa en caliente (espesor 1÷50 mm) redondos, cuadrados, planos en barras, perfilados y trefilados (dimensiones 3÷80 mm). Crudos o recocidos.
Chapas y tiras de espesor 1÷ 16 mm con alto límite elástico. Crudos o recocidos.
Sigla UNIAplicaciones generales Estado de suministro
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ACEROS DESIGNADOS EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA
A este grupo pertenecen por lo general todos los aceros destinados a tratamientos térmicos. En estos aceros asume especial importancia el conocimiento de su composición química porque las características mecánicas y tecnológicas alcanzadas después de los tratamientos térmicos son la consecuencia de reacciones químicas y cambios de estructura de la aleación basados en el tipo y en la cantidad de elementos que constituyen dicha aleación. En el ámbito de esta segunda categoría podemos subdividir los aceros del siguiente modo:
- Aceros al carbono.- Aceros de aleación débil.- Aceros de aleación fuerte.
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11
ACEROS AL CARBONO
Es la variación de carbono lo que les hace más o menos resistentes y adecuados a ser sometidos a un tipo de tratamiento térmico en lugar de otro.Este acero al carbono se representa con el símbolo químico del Carbono "C" seguido de un número que, dividido por cien, indica su porcentaje, por ejemplo:
En la siguiente tabla se muestran algunos tipos de acero al carbono utilizados en la industria mecánica.
Porcentaje medio de Carbono 0,1%
Símbolo que distingue los aceros al carbono
C 10
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Sigla UNI Tratamientos Características
mecánicas tras T.T. Características tecnológicas tras
T.T.
térmicos carga unit. de rotura
R(N/mm²)
Dureza en superficie Soldabilidad
Mecaniz. en las M.H.
Tenacidad en el
núcleo
C 10 Cementac.
+ Temple
490÷880
HRC 58
buena
-
mediocre
Piezas pequeñas sometidas a poco esfuerzo: pernos, casquillos, bujes, engranajes, mandriles, árboles de levas, tornillos, etc.
C 40
Afino y temple
700÷1000 HB
(kg/mm²) 248÷293
mala
mediocre
mediocre
Se utiliza para ejes, engranajes, bloques portamoldes, bielas, pernos, tornillos, bujes, agujas, chavetas, rejas de arado, picos, herramientas para trabajar la madera, bridas, etc.
C 45 Afino y temple
(adecuado para temple por
inducc., flameado)
668÷902
HB
(kg/mm²) 215÷265
mala
mediocre
escasa
Se utiliza para bloques portamoldes, cizallas para rebarbar, engranajes, grandes fresas para madera, árboles de manivela, tornillos sin fin, bulones, etc.
C 72 Temple +
dist. Afino y temple
900÷1800
HRC 43÷58
no soldable
mediocre
-
Para muelles de uso común de tira o hilo.
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ACEROS DE ALEACIÓN DÉBIL
Además del carbono se añaden en la aleación otros elementos como: el níquel, el cromo, etc., pero ninguno de estos en cantidades superiores al 5% para adquirir especiales características mecánicas o tecnológicas.El acero de aleación débil se representa:
- Con un número que dividido por cien indica el valor medio del % de Carbono.- Con símbolos de los elementos químicos de la aleación que caracterizan el acero (ej.: Ni, Cr, Mo).- Con uno o más números que divididos por los multiplicadores específicos indican el porcentaje de los elementos químicos presentes en el acero.
Tabla de los multiplicadores de los elementos químicos que componen el acero:
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Símbolo Elemento químico Multiplicador
Co Cobalto Cr Cromo Mn Manganeso 4 Ni Níquel Si Silicio W Wolframio
Al Aluminio Be Berilio Cu Cobre Mo Molibdeno Nb Niobio 10 Pb Plomo Ta Tantalio Ti Titanio V Vanadio Zr Circonio
N Nitrógeno P Fósforo 100 S Azufre
B Boro 1000
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Ejemplos de designación:
13
Porcentaje de Cromo 4/4* = 1%
Cromo, símbolo químico del elemento colante
32 Cr 4
Porcentaje de Carbono 0,32%
Molibdeno (no se precisa)
Cromo (no se precisa)
39 Ni Cr Mo 3
Níquel 0,75%
Porcentaje de Carbono 0,39%
no se precisa
Aluminio 1%
30 Cr Al Mo 5 10
Cromo 1,25%
Porcentaje de Carbono 0,30%
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En la siguiente tabla se muestran algunos tipos de acero que pertenecen a este grupo:
(*) Previa eliminación de la capa cementada.
14
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Sigla UNI Tratamientos Características
mecánicas tras T.T. Características tecnológicas tras
T.T.
Térmicos carga unit. de rotura
R(N/mm²)
Dureza tras T.T Soldabilidad
Mecaniz. en las M.H.
Tenacidad en el
núcleo
12 Ni Cr 3 Cementación
+ Temple
640÷980
HRC 58
buena *
mediocre tras
recocido
suficiente
Piezas pequeñas que no están sometidas a demasiado esfuerzo: engranajes de dientes pequeños, árboles de levas, casquillos, bulones, ruedas para cadenas.
20 Ni Cr Mo 2 Cementación
+ Temple
980÷1370
HRC 60,8
mediocre *
buena tras
recocido isotérmico
buena
Piezas de tamaño mediano que requieren una elevada dureza adicional, buena resistencia y tenacidad en el núcleo: engranajes y ejes de transmisión, coronas de diferenciales, piezas de automatismos.
39 Ni Cr Mo 3 Afino y temple 950÷1130 HRC 51 mala suficiente buena
Piezas de tamaño pequeño y mediano que requieren alta tenacidad y grandes dimensiones mediante esfuerzos: cigüeñales, bielas, palancas, pernos grandes, partes de moldes.
55 Si Cr 6
Temple
1670÷2230 Variable según las
aplicaciones
-
-
-
Para muelles de compresión sometidos a elevados esfuerzos y que funcionan con una temperatura elevada.
100 Cr 6 Temple - HRC 63 - - -
Rodamientos de tamaño pequeño y mediano: anillos, bolas, rodillos punzones de corte, cilindros para chapas en frío.
30 Cr Mo 10 Nitruración 893÷1225 HRC 62 - - -
Para piezas mecánicas de elevada dureza superficial sometidas a un fuerte esfuerzo: anillos sincronizador, árboles de manivela, etc.
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ACEROS DE ALEACIÓN FUERTE
Al menos uno de los elementos añadidos supera el 5%. De este modo se resaltan determinadas características para formar aceros especiales.El acero que pertenece a este grupo se representa:
- Con la letra X que distingue a este grupo.- Con un número que dividido por cien indica el % medio de Carbono.- Con símbolos de los elementos químicos que caracterizan al acero.- Con uno o más grupos sucesivos de dos cifras que representan directamente el % medio de los elementos químicos presentes en el acero.
Ejemplo de designación:
Por el alto porcentaje de Cromo este acero se llama acero inoxidable.
Tabla de algunas aleaciones de acero:
15
Níquel 8%Cromo 18%
X 15 Cr Ni 1808
Porcentaje de Carbono 0,15%
Letra que distingue los aceros de aleación fuerte
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Sigla UNI Tratamiento
Propiedades mecánicas tras T.T.
Usos
térmico Carga de rotura
(N/mm²)
Dureza
X 12 Cr 13
Afino y temple
685÷885 HB
(kg/mm²) 220
Para pernos, ejes, bielas, bomba, paletas de turbinas de vapor.
X 45 Cr Si 8 Afino y temple
850 23,5 HRC
Válvulas de admisión para motores de ciclo Diesel y Otto.
Temple por inducción 50 HRC
X5 Cr Ni 1810
Temple
540÷685
202 HB
Resistente a la oxidación en caliente. Rejillas para inst. frigoríficas. Elementos de hornos, válvulas, etc.
X 40 Cr 14
Afino y temple
850÷1050
HRC 54
Para piezas que trabajan en ambientes corrosivos (ej.: eje giratorio bomba de agua vehículos industriales).
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ACERO PARA HERRAMIENTAS
Entre los aceros designados según su composición química, hay algunos que pueden utilizarse para fabricar herramientas, en ese caso la sigla va seguida de las letras "KU".
Ejemplo:
En la siguiente tabla se muestran algunos aceros adecuados para la fabricación de herramientas:
16
Apto (K) para la fabricación de herramientas (U)Wolframio 18%
X 75 W 18 KU
Porcentaje de Carbono 0,75%
Acero de aleación fuerte
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Sigla UNI Tratamiento térmico
Dureza HRC
Usos
C 112 KU Temple + revenido a
100° ÷ 250°C
60 Aceros al carbono para herramientas para mecanizados en frío sometidos a poco esfuerzo.
58 W Cr 9 KU Temple + revenido a
200° ÷ 350°C
57 ÷ 60 Para herramientas sometidas a vibraciones o a golpes repetidos (punzones y moldes, cinceles, etc.).
52 Ni Cr Mo 6 KU Afino y temple 35 Para moldes en caliente y para matrices y punzones de moldes en frío.
X 205 Cr 12 KU Temple + revenido a
150° ÷ 250°C
62 Para moldes y punzones para mecanizados en frío y de materiales duros (chapas magnéticas).
X 82 W V 18 KU Temple + revenido a
540° ÷ 650°C
66 ÷ 67 (Acero rápido). Para el mecanizado de todos los materiales en general, especialmente para aceros de alta resistencia, hierro fundido, etc.
X 80 W Co 1810 KU Temple + revenido a
540° ÷ 650°C
66 ÷ 67 (Acero súper rápido). Resiste muy bien el recalentamiento de la herramienta y está indicado para trabajos de desbaste y corte profundo.
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EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL ACERO
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ELEMENTO CARACTERÍSTICAS USOS
CARBONO
Aumentando el porcentaje de carbono disminuyen el mecanizado, la soldabilidad, la tenacidad, y aumentan la dureza, la resistencia mecánica, la templabilidad y la resistencia al desgaste.
Múltiples.
CROMO
El cromo aumenta la dureza y el límite de elasticidad del acero; en porcentajes superiores al 10% el cromo transforma el acero en inoxidable y resistente a los agentes químicos.
Los aceros al cromo se utilizan para cojinetes, válvulas de motores de combustión interna, piezas de sistemas térmicos y químicos.
CROMO Y NÍQUEL
El níquel, siempre acompañado por el cromo, aumenta todas las características mecánicas del acero y la resistencia a la corrosión; disminuye la dilatación y la soldabilidad.
Los aceros al cromo-níquel (18% y 8%), inoxidables, se aplican en sectores de la industria.
CROMO-NÍQUEL-MOLIBDENO
El molibdeno tiene la propiedad de aumentar la penetración en los aceros de los efectos del temple y de que conserve las propiedades mecánicas que otorga el temple incluso a altas temperaturas.
Estos aceros tienen las mejores características mecánicas absolutas; se usan para cigüeñales, bielas y otras piezas de motores de combustión interna.
SILICIO El silicio aumenta el límite de elasticidad de los aceros.
Los aceros con silicio son muy elásticos y por lo tanto se utilizan para la fabricación de muelles.
MANGANESO
El manganeso aumenta la penetración en los aceros de los efectos del temple, pero vuelven el acero más frágil si no se aplican procesos especiales durante el tratamiento térmico de revenido.
El manganeso aparece en casi todos los aceros utilizados para piezas de grandes dimensiones que deben poseer elevadas características mecánicas incluso en zonas muy profundas de la pieza.
TUNGSTENO
El tungsteno se utiliza sólo en los aceros para herramientas, al otorgar a la aleación una notable dureza, que permanece incluso en caliente.
Los aceros al tungsteno, a menudo acompañado de vanadio, se utilizan para la fabricación de útiles para tornos, fresas, etc.
TUNGSTENO-COBALTO El cobalto permite que la dureza de los aceros al tungsteno se mantenga a altas temperaturas.
El cobalto se utiliza con el tungsteno y el vanadio para útiles de las máquinas herramientas.
AZUFRE FÓSFORO HIDRÓGENO NITRÓGENO OXÍGENO
La presencia de estos elementos es siempre nociva y debe reducirse al mínimo.
Estos no metales, combinándose químicamente con el hierro y el carbono, forman compuesto que hacen más frágil la estructura del acero.
CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA MASA. GENERALIDADES
Cualquier pieza mecánica, para que funcione, necesita que el material utilizado para su construcción responda a unas características determinadas de resistencia a los esfuerzos y de mecanizabilidad.No sería rentable fabricar un acero específico para cada necesidad de uso, este inconveniente desaparece realizando tratamientos específicos sobre algunos materiales base.Los tratamientos térmicos consisten en una serie de calentamientos y enfriamientos que modifican la estructura de los materiales con el fin de obtener determinadas características mecánicas y/o tecnológicas que no poseen en su origen.Los tratamientos térmicos en la masa son los que afectan a toda la masa de la pieza, los más comunes son:
- Normalización.- Temple.- Revenido de distensión.- Afino y temple.- Recocido.
NORMALIZACIÓN
Este tratamiento térmico consiste en calentar el material a una temperatura específica, manteniéndolo durante un cierto tiempo y dejándolo enfriar lentamente.La finalidad de este tratamiento es:
1. Eliminar las tensiones internas del material derivadas de mecanizados anteriores.2. Homogeneizar el material.3. Preparar el material para sucesivos tratamientos térmicos.
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TEMPLE
El temple aumenta notablemente la dureza y la resistencia mecánica de algunos materiales metálicos (aceros, hierro fundido, aluminio, etc.). Consiste en someter al material a la temperatura adecuada enfriándolo luego más o menos rápidamente con agua (aceite, aire).Generalmente la dureza del acero es mayor cuanto mayor es el porcentaje de carbono y más rápido se enfría.
REVENIDO DE DISTENSIÓN
Durante el procedimiento de temple se generan en el material tensiones internas debidas al diferente grado de enfriamiento entre el exterior y la masa del cuerpo, haciendo que la pieza sea demasiado frágil.Para evitar este problema se efectúa el revenido, que consiste en calentar la pieza a una temperatura no superior a 200°C y enfriarla lentamente.Este procedimiento disminuye parcialmente la dureza del material.
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AFINO Y TEMPLE
Cuando un material requiere características de compromiso entre dureza y tenacidad, se efectúa el afino y temple, que es el conjunto de dos tratamientos térmicos TEMPLE + REVENIDO, con la característica de que el revenido se efectúa a una temperatura superior a 200°C, causando una notable disminución de la dureza original de temple.
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RECOCIDO
El efecto del temple puede eliminarse completamente con un tratamiento térmico llamado recocido.Para efectuar el recocido de una pieza precedentemente templada hay que calentarla a una temperatura superior a la del temple y luego dejarla enfriar muy lentamente.
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TRATAMIENTOS TÉRMICOS SUPERFICIALES. GENERALIDADES
Los tratamientos térmicos superficiales se realizan en las piezas que durante su funcionamiento deben resistir al mismo tiempo el desgaste superficial y discretos esfuerzos mecánicos, como por ejemplo: árboles de manivela, tampones de control, guías de deslizamiento, engranajes, etc.
El efecto de estos tratamientos térmicos se limita a la parte superficial de la pieza, manteniendo inalterada la tenacidad interna; los pr inc ipales son:
- Temple superficial- Cementación- Nitruración
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CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
TEMPLE SUPERFICIAL
Es un temple limitado a una capa superficial de la pieza que se va a tratar, con el fin de obtener una superficie dura y resistente al desgaste.Consiste en calentar rápidamente la pieza con un soplete o con el horno de inducción, sin dar tiempo para que el calor se propague en profundidad, y luego enfriarla con mayor o menor rapidez.Este tratamiento se efectúa en grandes piezas mecánicas en las que no es conveniente calentar toda la pieza y en las que se necesita endurecer solamente algunas partes, como por ejemplo: guías de máquinas -herramientas, dientes de grandes ruedas dentadas, etc.
CEMENTACIÓN
El acero con un bajo porcentaje de carbono es muy tenaz pero no se endurece cuando se somete al tratamiento de temple.Para que este acero adquiera dureza superficial, manteniendo una buena tenacidad interna, es necesario enriquecer su superficie con carbono (cementación) y luego templarlo.La cementación consiste en calentar las piezas en unos hornos específicos en los que hay sustancias sólidas, líquidas o gaseosas capaces de ceder carbono.
Como consecuencia de la elevada temperatura que se alcanza en los procesos de cementación y temple, las piezas mecánicas se deforman.Para evitar este inconveniente hay que dejar en la pieza un exceso de metal que, sin embargo, no debe ser muy grande para evitar que durante la ejecución del acabado se retire la parte dura (cementada y templada) que normalmente es de 0,5 ÷ 1,5 mm.
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NITRURACIÓN
La nitruración suele realizarse en aleaciones de acero y consiste en un enriquecimiento superficial con nitrógeno.En este tratamiento, que utiliza una temperatura inferior a la de cementación, el nitrógeno se combina en la superficie con los componentes del acero para formar compuestos muy duros.Las ventajas de este tratamiento térmico respecto al anterior (cementación y temple) pueden resumirse así:
1. Mayor dureza superficial.2. Mayor resistencia a la corrosión en caliente.3. Ausencia casi absoluta de deformaciones; esta característica hace que la nitruración pueda efectuarse en piezas acabadas.4. Se alcanza directamente la dureza superficial deseada sin necesidad de otros tratamientos térmicos.
Las desventajas de la nitruración son:
1. Elevado coste de las instalaciones (hornos).2. Larga duración del tratamiento (40÷700 horas).3. Irreversibilidad del tratamiento.
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TABLA RESUMEN TRATAMIENTOS
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TRATAMIENTO MODALIDAD DE EJECUCIÓN
MODIFICACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS
TEMPLE
Consiste en calentar la pieza a una temperatura, llamada temperatura de temple, y después enfriarla rápidamente por inmersión en un fluido.
Aumenta la resistencia a la rotura. Aumenta la dureza. Disminuye el alargamiento porcentual. Disminuye la resiliencia.
REVENIDO
Consiste en calentar la pieza a una temperatura inferior a la de temple; el enfriamiento podrá ser más o menos lento; sólo se aplica a los aceros templados.
Disminuye la resistencia a la rotura. Disminuye la dureza. Aumenta la resiliencia. Aumenta el alargamiento porcentual.
AFINO Y TEMPLE
Consiste en el tratamiento de temple seguido del tratamiento de revenido.
Aumenta la resistencia. Aumenta la dureza. Se mantiene una buena resiliencia.
RECOCIDO
Consiste en calentar la pieza a una temperatura ligeramente superior a la de temple y en dejarla enfriar lentamente.
Disminuye la resistencia a la rotura. Disminuye la dureza. Aumenta el alargamiento porcentual. Aumenta la resiliencia. Mejora el mecanizado. El recocido suprime los efectos del temple, de la acritud y las tensiones internas.
NORMALIZACIÓN
Consiste en calentar la pieza a una temperatura superior o inferior a la de temple y después enfriarla en una atmósfera tranquila.
Hace homogénea la estructura del acero y elimina las tensiones internas. Aumenta la resiliencia. Aumenta ligeramente la dureza para los aceros con un alto porcentaje de carbono.
CEMENTACIÓN
Consiste en calentar la pieza en contacto con elementos ricos en carbono a una temperatura de unos 900°C; se aplica a aceros dulces.
La capa exterior de las piezas, al ser transformada en acero duro con un espesor de 1 mm, puede templarse y adquirir así una gran dureza. El interior sigue siendo de acero dulce que presenta una gran resiliencia.
NITRURACIÓN
Consiste en calentar las piezas a una temperatura de unos 500°C, exponiéndolas a una corriente de un producto nitrogenado (amoníaco) y manteniendo el tratamiento durante largo tiempo. Se aplica a aceros con aleación de
Aumenta notablemente la dureza y disminuye la resiliencia en la capa nitrurada (unas décimas de mm). Se aplica a piezas terminadas que ya no deban volver a mecanizarse.
CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
ALEACIONES LIGERAS
ALEACIONES DE ALUMINIO
GENERALIDADES
Cuando se necesitan piezas mecánicas especialmente ligeras acompañadas de una buenaresistencia mecánica, se utilizan aleaciones de aluminio.
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CONOCIMIENTO DE LOSMATERIALES METÁLICOS
PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ALUMINIO
ALEACIONES DE ALUMINIO – COBRE
En este tipo de aleaciones el cobre tiene un porcentaje no superior al 12% y contribuyea aumentar la carga de rotura y la dureza (pistones, rodetes, etc.).
ALEACIONES DE ALUMINIO – SILICIO
El silicio en el aluminio está contenido en un porcentaje no superior al 10% y mejorala resistencia mecánica (para piezas en colada).
ALEACIONES DE ALUMINIO – MAGNESIO
El magnesio en el aluminio está contenido en un porcentaje no superior al 10%, aumenta notablemente las propiedades mecánicas y otorga una elevada resistencia a la corrosióny un buen mecanizado.
OTRAS ALEACIONES
Aluminio – cinc.Aluminio – manganeso.Aluminio – estaño, denominadas aleaciones ligeras antirozamiento.
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BAUXITA
PROCESO QUÍMICO PARA CONSEGUIR ALUMINIO
PROCESO ELECTROLÍTICO ALUMINIO PRIMARIO PUREZA 99,7 %
PROCESO TÉRMICO
ALUMINIO REFINADO