Trabajo Practico N 2PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.

1) Estructura cristalina: En los metales los tomos estn siempre ordenados en forma cristalina, y se llama sistema cristalino precisamente a la ordenacin de los tomos en proposiciones llamadas sistemas.Los sistemas cristalinos ms comunes en metales son el cbico y el hexagonal, y dentro del cbico el cbico de cuerpo centrado y el cbico de caras centradas. Con menos frecuencia se presenta en los metales el sistema tetragonal.Estos esquemas se denominan celdas o clulas elementales. La distancia entre los tomos se llama constante de malla y vale de 2 a 7 Armstrong. (A=10-8mm)

Sistema cbico de cuerpo centrado Sistema cbico de caras centradasTratamientos trmicos de los metales: Se trata de variar la temperatura del material pero sin variar la composicin qumica. OBJETIVO: Mejorar las propiedades de los metales y aleaciones, por lo general, de tipo mecnico. En ocasiones se utiliza este tipo de tratamientos para, posteriormente, conformar el material.

A. Temple: Es utilizado para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamado martensita. Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura cercana a 1000 C y posteriormente someterlo a enfriamientos rpidos o bruscos y continuos en agua, aceite o aire. La capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el temple depende de la composicin qumica del acero y se denomina templabilidad. Al obtener aceros martensticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza. El problema es que el acero resultante ser muy frgil y poco dctil, porque existen altas tensiones internas.

Ensayo de templabilidad o ensayo de Jominy

El ensayo de Jominy consiste en templar una muestra estndar de acero llamada probeta con un chorro de agua de caudal y temperatura constante. La temperatura de la probeta se eleva y se proyecta el chorro de agua por uno de los extremos de la probeta. Ese extremo de la probeta se enfriar rpidamente, sufriendo el temple y ser ms duro que el otro extremo. Luego se mide la dureza de la probeta cada 1,5 mm a lo largo y se traza la curva de templabilidad. La curva de templabilidad asegura que si la dureza disminuye rpidamente conforme nos alejamos del extremo templado, el acero tendr una templabilidad baja, mientras que los aceros cuyas curvas son casi horizontales sern de alta templabilidad, es decir, susceptibles de endurecerse rpido cuando sufren temple. Fjate en el siguiente diagrama Corresponde a dos ensayos de Jominy con dos materiales diferentes. En vertical se presenta la dureza y en horizontal se presenta la distancia desde el extremo templado. Se observa que, a media que nos alejamos del extremo templado, la dureza (HRC) disminuye. Se puede observar que el descenso de la dureza en la curva inferior es ms rpido, con lo cual podemos afirmar que en ese caso, la probeta tendr baja templabilidad, es decir, que ese acero tiene menos capacidad para transformarse en un acero de alta dureza (martensita) cuando se enfra rpidamente con un lquido (normalmente agua).

B. Revenido: Es el tratamiento trmico que sigue al temple. Recuerda que un acero templado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado martensita), pero tiene el inconveniente de ser frgil y poco porque tiene tensiones internas. El revenido consiste en calentar la pieza templada hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el acero martenstico (de alta dureza). De esto modo, evitamos que el acero sea frgil, sacrificando un poco la dureza. La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rpida.

C. Recocido: Este tratamiento consiste en calentar un material hasta una temperatura dada y posteriormente enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el caso anterior, para suprimir los defectos del temple.

Se persigue: Eliminar tensiones del temple. Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.

Cmo se practica el recocido? Se calienta el acero hasta una temperatura dada Se mantiene la temperatura durante un tiempo Se enfra lentamente hasta temperatura ambiente, controlando la velocidad de enfriamiento.Si la variacin de temperatura es muy alta, pueden aparecer tensiones internas que inducen grietas o deformaciones. El grado de plasticidad que se quiere dotar al metal depende de la velocidad de enfriamiento y la temperatura a la que se elev inicialmente. D. Normalizado: Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformacin mecnica, tales como una forja o laminacin para conferir al acero unas propiedades que se consideran normales de su composicin. El normalizado se practica calentando rpidamente el material hasta una temperatura crtica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir de ese momento, su estructura interna se vuelve ms uniforme y aumenta la tenacidad del acero.

2) Clasificacin de los principales productos Siderrgicos en funcin de su composicin qumica:

Hierros:reciben este nombre los aceros extra suaves con 0.05 a 0.15% de carbono.

Aceros:son aleaciones con menos del 2% de carbono. De carcter maleable templan bien debido a que su contenido de carbono supera el 0,25%. Al aumentar el porcentaje de carbono, mejoran ciertas propiedades como la resistencia a la traccin, lmite elstico y dureza. Sin embargo disminuye la ductibilidad, resiliencia y alargamiento de rotura. Dependiendo del nmero de elementos que entran a formar parte en la composicin del acero hablaremos de aceros ordinarios o al carbono (compuestos nicamente por hierro y carbono) y aceros aleados (que llevan en su composicin otros elementos adicionales).

Aceros ordinarios:se clasifican en funcin de su contenido en carbono. Pertenecen a este tipo los denominados F-115 y F-145, que se utilizan en la fabricacin de ejes para friends, anclajes y chapas.

Aceros aleados:son aceros a los que se aade, durante su proceso de obtencin, elementos adicionales al hierro y al carbono para modificar sus propiedades. Normalmente incorporan manganeso, nquel, cromo, molibdeno, vanadio, wolframio, silicio, etc. De esta manera el cromo aumenta la dureza del acero y constituye la base de los aceros inoxidables, el wolframio se usa en aceros rpidos para la fabricacin de herramientas, el nquel hace aumentar la tenacidad, etc.

Existen los siguientes tipos principales de aceros aleados:

Aceros aleados de gran resistencia:para usos en los que sea necesaria una gran resistencia a la traccin con buena tenacidad y resiliencia. Se encuentran aceros al nquel, cromo-nquel (I1.5% de cromo y 4-4.5% de nquel), cromo-molibdeno y cromo-nquel-molibdeno (1-1.5% de cromo, 4-4.5% de nquel y de molibdeno 0.2-0.6%) como los empleados en hojas y cabezas de piolets, pitones y clavos y tornillos de hielo.

Aceros de gran elasticidad:deben tener suficiente resiliencia sin que disminuya mucho el lmite elstico.

Aceros de cementacin:son aceros de bajo contenido en carbono que se destinan a la fabricacin de piezas cuyo ncleo debe ser tenaz y su superficie muy dura y resistente. Se logran por cementacin, es decir, sometiendo a las piezas a un proceso de carburacin superficial. Una composicin tpica de estos de aceros contiene 0.10-0.15% de carbono, 3.84.5% de nquel, 0.9-1.0% de cromo y 0.15-0.35% de molibdeno, como el usado en la fabricacin de los spits.

Aceros inoxidables:son aceros destinados a resistir el efecto corrosivo de los medios naturales o industriales. Estn constituidos por mezclas de cromo al 12-14% con contenidos de carbono del 0.3-0.4% que le dan dureza. En materiales de montaa se utilizan los denominados 18-8 (18% de cromo, 8% de nquel y 18-12 (18% de manganeso y 12% de cromo) ambos con contenidos en carbono menor del 0. 1 %.

Aceros de alto contenido en carbono:incorporan adicionalmente cromo y wolframio, que proporcionan dureza y resistencia al desgaste.

Aceros rpidos:utilizados en la fabricacin de herramientas cortantes, como el llamado 18-4-1 (18% de Wolframio, 4% de cromo, 1 % de vanadio y 0. 7-0.8% de carbono). En el desarrollo de nuestras actividades en montaa slo encontraremos este tipo de aceros en la broca de "widia", que usamos para taladrar la roca.

Fundicin:considerado como el producto de la primera fusin de los altos hornos. Son aleaciones hierro-carbono con contenidos de entre el 1.7 al 6.7% de carbono.

3) Trabajos Mecnicos:

En Frio: Torsionado: Es un proceso que consiste en la aplicacin de un momento de fuerza sobre el eje longitudinal, de un slido, que se lleva a cabo a travs de mtodos mecnicos que consisten en dar forma por forjado en fro a los materiales, retorciendo barrotes, pletinas, tubos para obtener piezas de forma espiral, efectuando los dibujos que se pueden hacer con el cabezal rotativo que est en un apoyo mvil y el otro extremo fijo. Trefilado: Es un proceso de reduccin de secciones, de un slido, que se lleva a cabo a travs de dos o ms operaciones seguidas, es decir, es una tcnica de conformacin en fro de metales donde se hace pasar un alambre por un orificio, y se aplica una fuerza de traccin mediante una bobina de arrastre giratoria, de manera que se aumenta la longitud y se disminuye la seccin del material. Esta disminucin de seccin da al material cierta acritud en beneficio de sus caractersticas mecnicas. Esta tcnica se emplea fundamentalmente para la fabricacin de alambres, hilos o cables metlicos.

Estirado: Proceso de reduccin de secciones, de un slido, que se lleva a cabo a travs de una sola operacin.El proceso de estirado en fro parte desde la obtencin de rollos de acero laminados o en barras rectas laminadas. Dichas barras son estiradas de forma individual. En un principio los rollos son colocados en pequeas gras con ganchos C, las cuales levantan los rollos de forma segura para posteriormente colocarlos en la desenrolladora.Una vez colocados, el acero se filtra por los rodillos preenderezadores horizontes y verticales que ayudan a borrar la memoria del rollo.El proceso avanza, tras colocar el acero en la chorreadora, esta mquina quita cualquier residuo de xido de la superficie de la barra.Posteriormente el acero es introducido por una matriz y despus en la unidad de trefilado, por medio de un movimiento constante. En este paso el acero es enderezado continuamente, y se realizan las pruebas necesarias para asegurar la deteccin y correccin de posibles defectos de la superficie de la materia prima.Finalmente, las cizallas se encargan de cortar las barras de acero conforme al tamao solicitado por el cliente. Cuando se cortan, pasan por su ltimo proceso de presin donde se afina la rectitud final de la barra.Los perfiles de acero obtenidos se apilan a final del proceso para su distribucin y comercializacin.

En Caliente: Forjado: Generalmente, el forjado en caliente es el proceso de fabricacin y conformacin de metales a travs del martilleo, prensado o laminacin. La forja en caliente implica una deformacin de metal a una temperatura y a una tensin tal que la recristalizacin del material se produce simultneamente con la deformacin, evitando as el endurecimiento. Para esto, la temperatura de la pieza debe de mantenerse durante todo el proceso.El procedimiento del forjado en caliente es relativamente sencillo. El metal en bruto (en forma de barra o lingote) se calienta a la temperatura idnea para su trabajo y as mejorar la ductilidad. A continuacin, el material se comprime o se martillea para darle la forma de la pieza deseada. Como parte del proceso, se produce un exceso de material (rebabas) que deben ser eliminadas en un paso final de acabado, adems, las piezas producidas por este mtodo generalmente requieren un proceso de mecanizado.Hay una amplia variedad de procesos que pueden clasificarse dentro de la definicin de forja en caliente, algunos de esos procesos son forja libre o de matriz abierta, forja cerrada, laminacin de anillos, forja en templado y forjado isotrmico. El forjado isotrmico es un proceso especial de forjado donde el material y los troqueles son calentados a la misma temperatura.

Ventajas de la Forja en Caliente sobre la Forja en Fro Eliminacin de impurezas qumicas Mejora de la ductilidad Mejora de la homogeneizacin Precisin en el moldeo Formas complejas Resistencia al agrietamiento Permite fabricar partes pesadas y de gran volumenMediante este proceso se puede producir una amplia variedad de piezas las cuales son utilizadas en cantidad de sectores, tales como en el sector aeroespacial (motores de aeronaves, fuselajes, equipos auxiliares, etc.), automocin (juntas, chasis, cigeales, etc.), elctrico, maquinaria y equipamiento, herramientas de mano e industriales, construccin, minera, fontanera (accesorios de tubera, vlvulas, bridas, etc.) construccin naval, ferroviario, etc.Adems, prcticamente todos los metales pueden ser forjados, los materiales ms comunes son acero, acero inoxidable, aluminio, cobre, latn, bronce, hierro, nquel, titanio, magnesio, ...

Laminado: Es la deformacin plstica de los metales o aleaciones, realizada por la deformacin mecnica entre cilindros.En el proceso de laminado en caliente, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusin, donde bsicamente las palanquillas o tochos, se elevan a una temperatura entre los 900C y los 1.200C. Estas se calientan con el fin de proporcionar ductilidad y maleabilidad para que sea ms fcil la reduccin de rea a la cual va a ser sometido.

Durante el proceso de calentamiento de las palanquillas se debe tener en cuenta:

Una temperatura alta de calentamiento del acero puede originar un crecimiento excesivo de los granos y un defecto llamado quemado del acero que origina grietas que no son eliminables.Una temperatura baja de calentamiento origina la disminucin de la plasticidad del acero, eleva la resistencia de deformacin y puede originar grietas durante la laminacin.Por tanto la temperatura ptima de trabajo no es un solo valor, sino que vara en cierto rango de temperatura entre un lmite superior y un lmite inferior.

4) 5)

Tabla 3.8. Barras de acero para armaduras en estructuras de hormign

Barras de acero

Designacin de las barras de aceroAL 220AL 220 SADN 420ADN 420 S

Normas a las que respondeIRAM-IAS U 500-502IRAM-IAS U 500-528IRAM-IAS U 500-207

Conformacin superficialLisa ( L )Nervurada ( N )Nervurada ( N )

Dimetro nominal (d ) (*)mm6 8 - 10 - 1216 - 20 - 256 - 8 - 10 - 12 - 1620 - 25 - 32 - 406 - 8 - 10 - 12 - 1620 - 25 - 32 40

Tensin de fluencia caracterstica (**)MPa220420420

Resistencia a la traccin, caracterstica (**)MPa340500500

Alargamiento porcentual de rotura caracterstico ( A10 )%181212

Dimetro del mandril de doblado. Angulo de doblado 180mm2 dd 253,5 dd = 325,0 dd = 407,0 dd 253,5 dd = 325,0 dd = 407,0 d

(*)Las normas IRAM-IAS designan al dimetro nominal de la barra o alambre como d mientras que en este Reglamento se designan como db(**)Segn se define en el artculo 3.0. Simbologa

Tabla 3.9. Alambres y mallas soldadas de acero para armaduras en estructuras de hormignAlambres de aceroMallas Soldadas, de acero

Designacin de los alambres y las mallas soldadas de aceroATR 500 NAM 500 N

Normas a las que respondeIRAM-IAS U 500-26IRAM-IAS U 500-06

Conformacin superficialNervurados (N)Alambres Nervurados (N)

Dimetro nominal (d) (*)mm4 a 4,5 para armadura de distribucin

5 a 12 para armadura resistente4 a 4,5 para armadura de distribucin

5 a 12 para armadura resistente

Tensin de fluencia caracterstica (**)MPa500500

Resistencia a la traccin, caractersticaMPa550550

Alargamiento porcentual de rotura caracterstico (A10 )%66

Dimetro del mandril de doblado. ngulo de doblado 180mm4 d4 d

La resistencia al corte de las uniones soldadas en las mallas, expresada en kN, debe ser igual o mayor de 0,15 Smx. (Smx. = rea de la seccin nominal transversal del alambre de mayor dimetro de la unin soldada, expresada en mm2).(*)Las normas IRAM-IAS designan al dimetro nominal de la barra o alambre como d mientras que en este Reglamento se designan como db(**)Segn se define en el artculo 3.0. Simbologa.

Tabla 3.10. Alambres de acero liso con tratamiento termomecnico (BR - baja relajacin) para estructuras de hormign pretensadoDesignacin de los alambres IRAM-IAS U 500-517 ( * )Dimetro nominalLmite convencional de fluencia

mnimoRp 0,2Resistencia a la traccin

mnimaRAlargamiento porcentual de roturaDoblado alternadoRelajacin mxima a 1000 h y 20 C, para una carga inicial expresada en % de la carga de rotura Qt ( Qt = 1700 MPa x rea nominal de cada alambre )

N de dobladosRadio del mandril

mnimoAtlargo de referenciaLoBaja relajacin BR

60 % Qt70 % Qt80 % Qt

----mmMPaMPa%mm---mm%%%

APL 17004,0150017004,650410123

5,05,050415

7,05,070420

( * ) Designacin de los alambres: Los valores corresponden, aproximadamente, a la resistencia a la traccin nominal del acero, expresada en MPa.

Tabla 3.11. Alambres de acero conformado para estructuras de hormign pretensadoDesignacin de los alambres

IRAM IAS U 500 245

( * )Dimetro nominalCarga al 1 % de alargamiento totalmnimo ( ** )Carga de rotura mnimaLmite de fluencia mnimoResistencia a la traccin mnimaAlargamiento porcentual de rotura bajo carga sobre 200 mm mnimoDoblado alternado

N de dobladosRadio del mandril

Q1QtReRAt

mmkNkNMPaMPa%------mm

APC - 18002,67,69,5143117892,537,5

APC - 18003,413,016,214321784310,0

APC - 18004,219,424,313961748315,0

APC - 16505,228,235,313301665315,0

( * ) Designacin de los alambres: Los valores corresponden, aproximadamente, a la resistencia a la traccin nominal del acero, expresada en MPa.

( ** ) La carga al 1 % de alargamiento total se considera equivalente a la carga al 0,2 % de deformacin permanente.

Nota: Los valores de relajacin se deben establecer por convenio previo con el fabricante y se deben verificar aplicando la norma IRAM-IAS U 500-114.

Grafico de aceros que se utilizan en construcciones civiles:

6) Obtencin de aceros para la construccin: Alto Horno.

El hierro generalmente es encontrado en forma de xido de magnetita, hematita, limonita, u xidos hidratados. Se extrae del mineral por medio de los altos hornos tal como puede volverse a fundir y colar para darle cualquier forma, o bien refinarse para transformarlo en acero o hierro forjado. Hoy en da los hornos pueden producir entre 500 y 1200 toneladas de hierro por da. El mineral se reduce a metal en el alto horno por medio del coque cargado en el mineral y las impurezas se escorifican mediante la castina cargada tambin con el mineral. El aire inyectado a travs del horno, se calienta previamente en estufas que constituyen una parte importante de la instalacin del alto horno. La combustin del coque suministra el calor necesario, y el xido de carbono formado por la combustin parcial del coque, junto con el coque, producen el hierro. El hierro lquido y la escoria se depositan en el fondo del horno, de donde se sacan peridicamente por medio de sangrados. El mineral, coque y castina se elevan desde el nivel del suelo al tragante del horno mediante dos vagonetas que se mueven sobre planos inclinados. Los materiales se pesan cuidadosamente con el fin de que se carguen en proporciones correctas, las cuales varan segn sea el horno y la calidad de mineral usado. Las vagonetas descargan su contenido en el tragante y cae sobre la campana inferior al bajar la campana superior; de esta forma, al bajar la campana inferior entra dentro del horno el empleo de estas dos campanas impide que los gases llamas salgan al exterior por el tragante del horno cada vez que se carga. El aire caliente se inyecta por las toberas, cerca del fondo del horno. Los gases producidos se sacan a nivel prximo al tragante y a continuacin se hacen pasar por el separador de polvo y por un lavador. Estos gases contienen nitrgeno, anhdrido carbnico y xido de carbono. El xido de carbono es combustible y puede quemarse para producir energa o calor. Aproximadamente un tercio de estos gases se emplea para calentar los recuperadores los cuales a su vez calientan el aire inyectado en el alto horno. Al quemarse los gases calientan los ladrillos y una vez calientes se suspende la circulacin de los gases y en su lugar se hace pasar el aire que se ha de inyectar en el horno. A medida que se forma el hierro y la escoria van cayendo en el crisol situado en el fondo del horno debido a que el hierro es ms denso que la escoria, se deposita en el fondo, mientras que la escoria flota sobre el hierro fundido. Cerca del fondo del horno existen dos orificios. El ms bajo, o piquera, sirve para sangrar el hierro y se tapa con bolas de arcilla disparadas mediante aire comprimido. El orificio superior o bigotera sirve para sacar la escoria y se cierra por medio de un tapn metlico. El hierro se sangra cada cuatro o cinco horas quitando el tapn de arcilla; la escoria se saca dos o tres veces entre cada dos sangrados de hierro. Muchas de las impurezas del mineral son recogidas y evacuadas con la castina fundida formando la escoria. El hierro que sale del alto horno se conduce por canales a la cuchara, sobre dichos canales se coloca un espumador para separar la escoria y el verterla en una vagoneta. El hierro vertido en la cuchara se calienta a continuacin en lingoteras, o bien se transporta en estado lquido a los hornos para fabricar acero. Algunas veces las escorias son apropiadas para la fabricacin de cemento, pero la mayora de los casos se descargan en los escriales. El hierro tal como sale del horno tiene de 3 a 4% de carbono y cantidades variable de silicio, azufre, fsforo y manganeso. Las cantidades de silicio y azufre se regulan entre ciertos lmites con la conduccin del horno pero el contenido de fsforo depende exclusivamente de las materias empleadas. El azufre y fsforo son dos de las impurezas ms perjudiciales, y como quiera que la eliminacin del azufre resulte difcil, excepto si se emplean tratamientos elctricos especiales, es importante producir hierro con bajo porcentaje de azufre.

Proceso por soplado, Bessemer cido y Thomas bsico. El proceso Bessemer cido ha sido el primero utilizado y el ms sencillo. Desde su inicio permite obtener en una sola operacin, partiendo de hierro lquido, coladas de 10-25 tm al ritmo de 1 tm/min. Por ser cido, no desfosfora ni desulfura y debe utilizar hierro lquido de anlisis adecuado. La gran abundancia de mineral de hierro rico en fsforo, que al ser tratado en alto horno pasan gran parte al hierro lquido, provoca el desarrollo de procesos que pueden desfosforar y ha sido causa de que los procesos bsicos se empleen en Europa mucho ms que el Bessemer cido, limitados stos a utilizar hierro bajo en fsforo. La operacin se realiza en el convertidor, cuba de acero revestida de ladrillos refractarios, con toberas en su fondo y abierta en su parte superior, montada sobre apoyo con mecanismo basculante. La carga de hierro lquido se realiza con el convertidor en posicin horizontal, lo que deja abiertas las toberas. Se insufla el aire necesario a travs de uno de los soportes huecos a la caja de viento, que lo distribuye a travs de las toberas a una presin de 2 kg/cm2. Se inicia el soplado al mismo tiempo que se pone el convertidor vertical; el aire a presin pasa a travs del hierro lquido, introducindose as el oxgeno necesario para el afino. El silicio contenido en el hierro lquido es el factor termoqumico ms importante para regular y obtener la temperatura necesaria. La llama expulsada por la boca del convertidor cambia de color y luminosidad, lo que permite juzgar el desarrollo del afino e interrumpir el soplado en el momento final adecuado; entonces se hace bascular el convertidor y se cuela el acero lquido en una cuchara de transporte. El revestimiento cido de este tipo de convertidores proporciona el exceso de slice indispensable para formar escoria, adems del silicio que contiene el hierro lquido. En el caso del convertidor bsico, llamado proceso Thomas, el revestimiento es de magnesita o doloma calcinada y alquitrn. Por la accin fuertemente oxidante del soplado se elimina primero el carbono y despus se oxida el fsforo, que acta de importante elemento termgeno. La cal necesaria se aade con la carga; se funde durante el soplado y se combina con el fsforo oxidado, formando la escoria Thomas, utilizada como fertilizante. Este proceso ha sido un factor muy importante del desarrollo industrial alcanzado en Europa a fines del siglo pasado. Se controla como el Bessemer por el aspecto de la llama. El tiempo necesario del soplado es slo de 15 minutos, por lo que el xito del proceso depende de la pericia del operario. Tan corto tiempo no permite efectuar control por anlisis de muestras.