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UNIDAD II

Materiales

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ndiceUnidad II: Materiales

1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES .......................................................................... 12. PROPIEDADES MECNICAS ....................................................................................... 43. PROPIEDADES QUMICAS.......................................................................................... 84. OBTENCIN DEL HIERRO BRUTO O ARRABIO ............................................................ 9

4.1. REDUCCIN..................................................................................................... 94.2. PRODUCTOS EN EL ALTO HORNO ....................................................................10

5. TRATAMIENTO DEL HIERRO PARA CONVERTIRLO EN ACERO.....................................116. TRANSFORMACION DE METALES EN PRODUCTOS SEMIACABADOS ............................16

6.1. ACERO SIN CALMAR ........................................................................................166.2. ACERO CALMADO (DESOXIDADO)....................................................................166.3. DESIGNACION DE LOS ACEROS .......................................................................176.4. NORMAS DE LOS ACEROS................................................................................176.5. DESIGNACION DE LOS ACEROS NO ALEADOS...................................................196.6. DESIGNACION DE LOS ACEROS ALEADOS ........................................................20

7. HIERRO FUNDIDO ...................................................................................................238. METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS ...................................................................25

8.1. INTRODUCCIN..............................................................................................258.2. CLASIFICACIN ..............................................................................................258.3. SELECCIN.....................................................................................................258.4. PRINCIPALES ALEACIONES ..............................................................................26

9. PRINCIPALES MATERIALES NO FERROSOS................................................................269.1. ALUMINIO.......................................................................................................269.2. COBRE............................................................................................................26

9.2.1. ALEACIONES A BASE DE COBRE ............................................................279.3. ZINC...............................................................................................................279.4. MATERIALES SINTERIZADOS ...........................................................................27

10. METALURGIA DE POLVOS.........................................................................................2810.1. INTRODUCCIN..............................................................................................2810.2. PROCESOS DE LA METALURGIA DE POLVOS.....................................................2810.3. PREPARACIN DE LOS POLVOS DE METAL .......................................................2810.4. CARACTERISTICAS DE LOS POLVOS DE METAL.................................................30

11. RESUMEN................................................................................................................38

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Pag. 1 Unidad II

UNIDAD II

MATERIALES

1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Los materiales ocupan un lugar principal en la construccin de mquinas; y stos debenposeer ciertos requisitos de uso para el cual fueron diseados. Estos requisitos son los quepredeterminan en gran parte las propiedades que los materiales deben poseer.

Los materiales pueden poseer una diversidad de propiedades, de las cuales estudiaremos lassiguientes:

PROPIEDADESFSICAS

PROPIEDADESTECNOLGICAS

PROPIEDADESMECNICAS

Se presentan comocaracterstica propia ycuantificable de cada

material.

Se presentan al procesarindustrialmente los

materiales.

Se presentan comoreaccin a las fuerzasexternas aplicadas a

los materiales.

1. PROPIEDADES FSICAS:


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2. PROPIEDADES TECNOLGICAS

Estas propiedades indican el comportamiento del material al momento de ser trabajado.

Las propiedades tecnolgicas ms importantes son:

1. Colabilidad: se denominan materiales colables a los que pueden fundirse enmoldes a temperaturas econmicas y tcnicamente rentables; por ejemplo, fundicingris, estao, plomo, aleaciones de cobre, etc.

2. Maleabilidad: se denominan materiales maleables a los que por la accin defuerzas aplicadas sobre l admiten una deformacin plstica o permanenteconservando su cohesin molecular; por ejemplo, laminado, doblado, prensado, etc.

Forja

3. Mecanizabilidad: se denominan materiales mecanizables a los que por seccionadoo arranque de viruta, aplicando fuerzas tecnolgicamente razonables, pueden rompersu cohesin molecular.

ACERO

TALADRADO

4. Soldabilidad: soldables son los materiales en los que, por unin de las sustanciasrespectivas, puede conseguirse una cohesin molecular localizada.

Cordn deSoldadura

SOLDADURA


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5. Templabilidad: un material es templable cuando su dureza puede modificarse poraccin de la temperatura.

2. PROPIEDADES MECNICAS

Est determinada por la reaccin de los materiales debido a fuerzas externas aplicadas.

a. Resistencia: es la oposicin que presenta el material al cambio de forma y separacin,debido a la accin de fuerzas externas.Toda fuerza externa genera en el material tensiones de acuerdo con el tipo de fuerzaque se aplica. 1. Fuerza de traccin: es la fuerza aplicada a una determinada rea del material, que

trata de producir alargamiento.La propiedad del material para soportar fuerzas de traccin se denomina:Resistencia a la traccin.

A: REA

L

Figura 1

donde: L longitud del material. A rea o superficie de seccin transversal.

Al aplicarle la fuerza a la traccin F la barra se alarga:

L

F

Lfinal

xAlargamiento

A

Figura 2


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La propiedad del material para soportar cargas a la traccin se denomina:RESISTENCIA A LA TRACCIN y se evala como sigue:

TRACCIONFA

= a. Fuerza de cortadura: es la fuerza que trata de desplazar dos secciones inmediatas

una respecto a otra. La resistencia ofrecida por el material se denomina Resistencia alCorte, llamada tambin, resistencia al cizallamiento.

F

FFig. 3 Fuerzas de cortadura en una unin remachada.

b. Dureza: es el grado de oposicin de un material a ser rayado o penetrado de cualquierforma, por otro material.

FPenetrador

Material a penetrar

F

H h

F

Aluminio Acero

Podemos observar en la fig. 5 que el penetrador ingresar en menor profundidad en elmaterial ms duro.

Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6


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Probeta

Pndulo

Comparacin de Durezas

Diamante

Acero Templado

AceroDulce

Cobre

Aluminio

c. Fragilidad: es la tendencia a la fractura sin deformacin apreciable; por ejemplo, el

vidrio, la fundicin gris, etc.

d. Tenacidad: es la capacidad de un material para soportar una carga de impacto sinromperse, es necesaria la existencia de resistencia y plasticidad para un comportamientotenaz del material.

El pndulo de Charpy es uno de los ensayos con los que se puede determinar laresistencia al impacto de un material (Fig. 7)

Fig. 7 El pndulo de Charpy.

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e. Elasticidad: es la aptitud de un material para deformarse y luego recobrar su formaoriginal.

El material vuelve a suforma primitiva

Fig. 8

f. Plasticidad: es el cambio que de forma permanente experimenta el material, sin llegara la rotura.

El material experimentacambio permanente

Fig. 9

3. PROPIEDADES QUMICAS

La mayora de los materiales usados industrialmente suelen deteriorarse qumicamente; enmuchos casos la oxidacin de un metal suele ser importante.

Tecnolgicamente, la propiedad qumica ms importante es la corrosin.

METALES FERROSOS

Los minerales de hierro son generalmente xidos de hierro con acompaantes frricos comoel azufre, fsforo, manganeso, silicio y componentes terrosos como arcilla (cido saliclico).Los metales se presentan combinados qumicamente en los minerales. Los minerales seaprovechan si desde un punto de vista econmicamente contienen suficiente cantidad demetal til.En los minerales de hierro, el contenido mnimo del metal es de 25%. Los metales ferrososson los materiales ms importantes de la industria metal mecnica y los ms fciles detrabajar.Lo ms importantes son: el acero y el hierro fundidoEl acero est compuesto bsicamente de hierro y carbono, cuya proporcin le da ciertascaractersticas y lo clasifica. El carbono nunca se encuentra libre, sino combinado.

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El hierro (Fe) es un metal blanco. Su peso especfico es 7,86 g/cm3. Punto de fusin 1530C(puro) y con carbono (1200C). Antes de fundirse es fcilmente deformable.

Los principales minerales que contienen hierro aprovechable son:

MINERAL Contenido de Fe

- Magnetita ( Fe3O4) De color pardo magntica.

50 a 75%

- Hematites parda (2Fe2O3.3H2O)

De forma terrosa llamada limonita.

30 a 50%

- Hematites roja (Fe2O3) De color rojiza no magntica.

30 a 50%

- Siderita (FeCO3)De color blanco amarillo. 30 a 45%

4. OBTENCIN DEL HIERRO BRUTO O ARRABIO

4.1. REDUCCIN

Se entiende por reduccin, la sustraccin o eliminacin del oxgeno de los xidos. Lareduccin se consigue con elementos de gran avidez por el oxgeno a los que se lesllama reductores.Por ejemplo: polvo de carbn, hidrgeno y monxido de carbono.Si de un mineral (xido metlico) se quiere obtener el metal, debe eliminarse eloxgeno.En las plantas de produccin de hierro bruto, se extraen grandes cantidades deminerales, los cuales son concentrados y convertidos en PELETS, a travs de unproceso pirometalrgico de aglomeracin denominado peletizacin.Los pelets son pequeas esteroides de color negro gris con un contenido de 65,5%Fe y se utilizan para el abastecimiento de los ALTOS HORNOS.

En un alto horno los xidos minerales se reducen a metal mediante las siguientesmaterias primas:

1. Mineral de hierro: construido por pelets, trozos de hierro y chatarra a base dehierro.

2. Coque: obtenido de carbn bituminoso. Es el combustible esencial para laproduccin de arrabio. Debe cumplir los siguientes requisitos:- Suministrar el calor necesario para llevar a cabo las reacciones.- Descomponer los xidos de hierro y actuar como reductor.

3. Fundente: su funcin principal es combinarse con las impurezas del hierro yformar la escoria.El ms utilizado es la caliza (CaCO3) y la cal (CaO).

4. Aire: se le utiliza precalentado para la combustin del coque.


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5. Materiales refractarios: se les utiliza en la construccin del alto horno. Los mscomunes son ladrillos arenas y pastas.

La proporcin de materiales primas para producir 1 ton de hierro bruto (arrabio)es aproximadamente: 2 ton de chatarra; 1 tonelada de coque; 0,5 ton de caliza ycerca de 3,5 ton de aire. As, el alto horno produce 1 ton de producto principal por7,0 ton de materias primas.

ESQUEMA DE UN ALTO HORNO

Gases de EscapePRECALENTADOR

Chatarra , pelets

Coque

Caliza

Arrabio

Escoria

Conduccinanular de

aire caliente

Aire caliente

4.2. PRODUCTOS EN EL ALTO HORNO

1. Producto principalEs el arrabio o hierro bruto que contiene todava 6% de C y como acompaanteshasta 3% de Si y de 0,6 1,5% Mn, as como pequeas cantidades de azufre yfsforo.Un alto contenido de carbono hacen al hierro bruto frgil, no forjable e insoldable.

2. Productos secundariosEstn formados por:La escoria, constituida por las impurezas de los minerales que ingresaron al altohorno por ejemplo: silicato de calcio y xido de manganeso.


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5. TRATAMIENTO DEL HIERRO PARA CONVERTIRLO EN ACERO

El acero se obtiene por transformacin qumica del arrabio a temperaturas superiores a los1600C a la cual se desprenden el carbono. Lo que se pretende en la obtencin del acero esreducir el contenido de carbono y de los acompaantes del hierro. La transformacin delarrabio en acero se llama afino.

Los procedimientos de afino ms empleados son:1. De inyeccin de oxgeno2. Siemens Martin3. Elctrico4. Bessemer y Thomas

1. Procedimiento de inyeccin de oxgeno

Caractersticas principales:- El ms conocido es el procedimiento LD (Linz Donawitz).- Es ms econmico que el procedimiento Siemens- Martin, por lo que es el ms

utilizado en la actualidad (70% de la produccin mundial).- Materias primas necesarias: arrabio- chatarra de alta calidad.- Proceso:

a. Se inyecta O2 al convertidor en donde se encuentran las materias primas enestado lquido (cldo)

b. Debido a la oxidacin del carbono y dems acompaantes se libera gran cantidadde calor.

c. La elevada temperatura se neutraliza agregando chatarra fra.d. Formacin de la escoria, mediante la adicin de cal (CaO) que reacciona con Mn,

Si, P, S.- Si se quiere aumentar la calidad del acero, se aaden, al final del afinado, elementos

de aleacin.- Los aceros obtenidos as denominan aceros aleados.

Horno oConvertidor

Paso aPaso b


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Inye

cci

n de

O2

OBTENCIONDEL ACERO

Escoria

Representacin esquemtica del proceso de inyeccin de oxigeno

2. Procedimiento Siemens- Martin: Horno de Hogar abierto

Caractersticas principales:- Permite obtener acero de calidad partiendo de la chatarra.- El horno es fijo de llama en forma de cuba.- El proceso es:

a. Se llena la cuba con 70% de chatarra de acero y el resto con hierro bruto y calpara formar la escoria.

b. Se fusionan estas materias a una temperatura de 1800C suficiente paraprovocar la oxidacin. Esta temperatura se consigue mediante una llama abiertade gas o aceite, precalentado a 1100C el aire necesario para la combustin.

c. El proceso de afino tiene lugar con exceso de oxigeno. Los componentes queacompaan al hierro, como el silicio, manganeso, fsforo se que transforman enxidos no solubles que forman la escoria con la cal (CaO).

d. La coccin del caldo se produce debido a la formacin de gases de CO, con loque se consigue un buen mezclado.

- Si se aaden elementos de aleacin, por ejemplo: cromo, nquel antes de terminar elproceso de fusin, se obtiene aceros de baja aleacin.

Paso dPaso c

Paso e


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Gases deEscape

Quemador

3. Procedimiento elctricoCaractersticas principales:

- Es un procedimiento para obtener aceros finos, en particular los aceros altamentealeados.

- Utiliza como materia prima el acero Siemens-Martin u otro acero preafinado yadems, chatarra de buena calidad.

- Utiliza la accin del calor producida por energa elctrica.- La generacin del calor est libre de impurezas, ya que no existe ninguna llama de

gas que desprenda azufre.- Se alcanzarn temperaturas de hasta 3800C por lo que es posible la aleacin con

tungsteno (temperatura de fusin 3370C) y molibdeno (temperatura de fusin2600C).

- El acero Siemens Martin se purifica y se le aade los elementos de aleacindeseados, como por ejemplo: W, Cr, Mo, V, Mm, Ta, Ti, AL, B, Co, Ni, Zr, Si y P.

- Se utilizan bsicamente 2 tipos de hornos:

a. El horno de arco voltaico, cuyas caractersticas con:- Posee de 2 a 3 electrodos de carbn.- Se aprovecha el calor liberado por un arco elctrico entre los electrodos y el

metal a fundir.- El calentamiento es rpido.- La temperatura puede regularse fcilmente.- Se le utiliza para fundir acero altamente aleados como por ejemplo: HSS,

resistentes a la alta temperatura y la oxidacin.


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Electrodos

Electrodos

Escoria

Bao Metlico

Descarga

.

Puerta deCarga

BOBINA

Conexin Elctrica

Agua deEnfriamiento

Descarga

b. El horno de induccin, cuyas caractersticas son:- Posee una bobina por donde pasa corriente alterna.- El calentamiento se produce por el paso de corrientes parsitas por el material

a fundir.- Se le utiliza para fabricar aceros de alta aleacin;- Ej. inoxidables, refractarios, magnticos para imanes.


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Convertidor

Hierro Bruto+

Cal

Soplado

Viento

Ducto parasalida de Gases

4. Procedimiento Bessemer y Thomas

Caractersticas principales:- Reduce el contenido de carbono en el hierro bruto mediante combustin.- Para la combustin del carbono se hace pasar, a travs del contenido lquido del

convertidor Bessemer o Thomas, aire o aire y oxgeno (afino con viento).- La diferencia que existe entre los convertidores Bessemer y Thomas es:- El convertidor Thomas tiene un recubrimiento de carcter bsico constituido por

ladrillos de dolomita, rica en cal.- El convertidor Bessemer tiene un recubrimiento cido de cuarzo o flor, razn

por la cual ya no se le utilizada en la actualidad.- Proceso:

a. El convertidor se pone en posicin de llenado en el cual se vierten el hierro bruto,fundido, con adicin de cal (fig. A).

b. Se sopla aire o aire con oxgeno y se endereza el convertidor. El aire atraviesa lamasa lquida y quema el carbono, el silicio y el manganeso. En este instante esimposible detener el proceso. Este proceso de combustin dura de 15 a 20minutos, elevndose la temperatura hasta unos 1600C quedando el acerofuertemente descarburado. (fig. B).

c. El convertidor vuelve a girar a su posicin de llenado, se evacua el viento y seaade el carbono necesario para el acero, en forma de hierro crudo blanco.Mediante una buena mezcla con cal se elimina casi totalmente el fsforo.

d. El convertidor pasa a la posicin de vaciado (fig. C) y se elimina la escoria queflota sobre el acero y luego se vierte el producto fundido en la vagonetapreparada para ello y laminndolo despus para conseguir las formas corrientesde comercio.

- Como producto secundario se obtiene la escoria Thomas (fosfato de calcio) la cual semuele y se comercia como abono.

- El acero Thomas tiene un contenido de carbono de 0,05 a 0,5%, es forjable ysoldable y se comercian en la forma de varillas, barras, perfiles, chapas, etc.

Paso b

Paso a


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Adicin deCarbono Vaciado

AceroLquido

6. TRANSFORMACIN DE METALES EN PRODUCTOS SEMIACABADOS

6.1. ACERO SIN CALMAR

Al solidificarse el acero se desprenden gases de xido de carbono (C + FeO Fe+CO). Estos gases en forma de burbujas ascienden originando fuerte movimiento delacero an en estado lquido, con lo que el C, P y S son comprimidos hacia el interior.El acero se descompone. Este proceso se llama sedimentacin.Problemas:Acumulacin de P: fragilidad en fro.Acumulacin de S: fragilidad en caliente.Acumulacin de W, Ti, Mo: Puntos duros entallas rotura de piezas.

Usos:Acero en bandas, chapas finas, alambre (donde se exige ms a la superficie que alncleo)

6.2. ACERO CALMADO (DESOXIDADO)

Es un acero desoxidado en un grado tal que se elimina el riesgo de cualquierdesprendimiento gaseoso durante la solidificacin.Para calmar el acero se aade un reductor: Si, Al, Mn, Ti, a la masa fundida, en elcucharn de colada, con lo que el FeO cede su oxgeno para formar los productos dedesoxidacin SiO2, AlsO3, MnO, TiO2 a los que no reduce el carbono a la temperaturade la colada. Se evita as el desprendimiento gaseoso.

Procedimiento de colada

Colada en lingotes o bloques: el acero se cuela en coquillas.Colada continua o en cuerda: el colado se hace por una coquilla abiertarefrigerada por agua. Por absorcin de calor en la coquilla se solidifica el acero lquidoy se extruye en forma de cordn slido entre los rodillos de retencin y de apoyo.

Paso c Paso d


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6.3. DESIGNACION DE LOS ACEROS

El acero es una aleacin hierro y carbono, en la cual, la proporcin de carbonoestablece el tipo de acero siendo esta proporcin inferior a la de las fundiciones.

6.4. NORMAS DE LOS ACEROS

Normalizar significa unificar materiales, formas y tamaos.

Designacin Nmero del material MaterialSoporte 1.0038 RSt 37-2Engranaje cnico 1.1141 Ck 15Carcasa 0.7040 GGG.40

Fig. 1 Con la normalizacin pueden designarse abreviada y claramente los materiales.

Designacin de los acerosPermite un buen entendimiento entre el fabricante, el comerciante y quien va autilizar el material.Las normas ms conocidas son:a. La norma AISI- SAE.b. La norma DIN.

a. La norma AISI-SAE (American Iron and Steel Institute Society of AutomotiveEngineers)

Aceros para maquinariaEsta norma utiliza un sistema numrico de 4 5 dgitos que determinan lacomposicin del acero. El contenido nominal de carbono esta dado por lacentsima parte de lo 2 ltimos dgitos cuando el cdigo de 4 dgitos o de los 3ltimos si el cdigo consta de 5 dgitos. Por ejemplo:SAE 4140: 40/100 0,40% CSAE 52100: 100/100 1,00% C

Si existiesen elementos de aleacin en el acero, son identificados por los 2primeros dgitos:

10xx Aceros corrientes 11xx Aceros resulfurizados (para maquinado) 12xx Aceros resulfurizados y refosforizados 13xx Aceros al manganeso 2xxx Aceros al nquel 3xxx Aceros al cromo-nquel

4xxx, 8xxx, 98xx Aceros al molibdeno Al molibdeno nquel o al molibdeno cromo-nquel. 5xxx, 5xxxx Aceros al cromo 6xxx Aceros al cromo vanadio 92xx Aceros al manganeso- silicio.

(Ver cuadro 1)


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CUADRO I

NORMALIZACIN SAE O AISI

Aceros para herramientas

Representan un pequeo, pero extremadamente importante porcentaje dela produccin total del acero, puesto que son esenciales para elprocesamiento de todos los otros aceros y materiales de ingeniera. Lasnormas AISI-SAE han clasificado estos aceros en 6 grupos principales.

TEMPLADO AL AGUA W2 - W7

RESISTENTE AL IMPACTO S1 S5

PARA TRABAJO EN FRO Templado en aceite Templado al aire Alto carbono, alto cromo

01 - 07A2 - A7D1 - D7

PARA TRABAJO EN CALIENTE Base de cromo Base de tungsteno Base de molibdeno

DE ALTA VELOCIDADBase de tungsteno (wolframio)Base de molibdeno

H10 - H19H20 - H39H40 - H59

T1 - T15M1- M36

PARA USOS ESPECIALESCarbono tungstenoDe baja aleacin

F1 - F3L1 - L7

ACEROS

Aceros paramaquinarias

Aceros para herramientas

Aceros Inoxidables

Aceros al carbono Aceros aleados

De Construccin Resulfurizados Resulfurizados yrefosforizados

Al manganeso Al nquel Al nquel cromo Al molibdeno Al cromo molibdeno Al Ni- Cr-Mo Al Ni-MoAl Cr


Pag. 19 Unidad II

Para moldeo, bajo carbonoPara moldeo, otros tipos

P1 - P19P20 - P39

b. La norma DIN (Deutsche Industrie Normen)

Segn esta norma la designacin completa de un acero debe constar de lassiguientes partes:La parte de la fabricacin: Indica el grado de desoxidacin.La parte de la composicin: Indica componentes, usos y propiedades.La parte del tratamiento: Indica proceso posterior a la colada.

6.5. DESIGNACIN DE LOS ACEROS NO ALEADOS

Los aceros no aleados son tambin denominados aceros al carbono. Los aceros noaleados se designan indicando la resistencia a la traccin o el contenido de carbono.Esta designacin consta de las siguientes partes:

Subdivisin de los aceros no aleados

Nombre abreviado de los materiales frreos

Parte defabricacin

Parte decomposicin

Parte defabricacin

Aceros no aleados

Aceros deconstruccin en

generalSt...

Aceros de calidadC...

Aceros finos deconstruccin l

CK , Cf, Cm, Cq

Parte defabricacin Grupo de

Calidad

Indice declase

Propiedadesde utilizacin Letra

caracterstica


Pag. 20 Unidad II

Parte de fabricacinU: acero colado no calmadoR: acero colado calmadoRR: acero colado calmado especialmente

Propiedades de utilizacin

Q Adecuado para conformadoZ Adecuado para estiradoP Adecuado para estampadoK Adecuado para laminacin

Ro Adecuado para fabricacin de tubos

S Especial para soldarTT Tenaz a bajas temperaturasW Resistente al calorA Resistente al envejecimiento

Grupo de calidad: 1, 2 3Indica resistencia al impacto (3 ms resistente)

NOTAS:En los aceros de construccin, el ndice de clase multiplicado por 9, 81 y redondeado,expresa la mnima resistencia a la traccin en N/mm2.En los aceros de construccin, el ndice de clase puede indicar el lmite de elasticidadsi es importante poniendo detrs de St la letra E.En los aceros de calidad, la centsima parte del ndice de clase expresa el porcentajede carbono.Para caracterizar a los aceros finos no aleados detrs de la C se ponen las siguientesletras:K con bajo contenido de P y S.f templable a la llama y por induccin.m con indicacin del contenido mximo y mnimo de azufre.q para cementacin y bonificacin, adecuado para recalcado en fro.

6.6. DESIGNACIN DE LOS ACEROS ALEADOSLos aceros aleados se designan segn su composicin qumica y se distinguen 2 tipos:

a. Aceros de baja aleacin. En los cuales la suma de los componentes aleados esmenor al 5% de en masa.

b. Aceros de alta aleacin. En los que la suma de los componentes aleados supera el5% en masa. La designacin empieza con una X.


Pag. 21 Unidad II

Ejemplos

Ejemplos de designacin de aceros de calidad no aleados

Para los aceros de Baja AleacinLos nmeros detrs de los smbolos qumicos indican el porcentaje de elementosaleados, segn la relacin.

Porcentaje = Nmero caracterstico de la aleacin Multiplicador

Designacin abreviada de los acerosno aleados

Primero se coloca el elemento dealeacin de mayor contenido y assucesivamente:

En aceros de alta aleacin el nmerocaracterstico corresponde alcontenido (multiplicador X)

N de material 1.2323Designacin de un acero fino

de baja aleacin

N de material 1.4439Designacin de un acero fino

de alta aleacin

Acero calidad no aleado

C55

Acero fino no aleadoIndice del carbono

45 = 0.45% C 100

CK4555 = 0.55%C100


Pag. 22 Unidad II

Los multiplicadores varan segn el elemento aleado y se colocan los nmeroscaractersticos despus del smbolo qumico. La manera en que vayan ordenadoscorresponde a la secuencia que siguen los smbolos de los elementos de aleacin.

Multiplicadores para los materiales de adicin4 10 100

Cromo Cr Aluminio Al Carbono CCobalto Co Cobre Cu Fsforo PManganeso Mn Molibdeno Mo Azufre SNquel Ni Tantalio Ta Nitrgeno NSilicio Si Titanio TiTungsteno W Vanadio V

HOJA DE COMPROBACIN

Explique el significado de las siguientes designaciones de aceros:

a. SAE1020:___________________________________________________________

b. SAE3215:___________________________________________________________

c. SAE4340:___________________________________________________________

d. AISI1045:__________________________________________________________

e. P20: ______________________________________________________________

f. A2: _______________________________________________________________

g. Ck45: _____________________________________________________________

h. C80w3: ____________________________________________________________

i. Cm15: _____________________________________________________________

j. UZSt44-2___________________________________________________________

k. WstE 32:___________________________________________________________

l. 45WCrV7: __________________________________________________________

m. 11MnSi4: __________________________________________________________

n. 20MnMo35: ________________________________________________________

o. X40CrMoV51: _______________________________________________________

p. X12CrNi254: ________________________________________________________

q. X32CrMoCoV33:_____________________________________________________


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7. HIERRO FUNDIDO

Se define tericamente como fundicin a toda aleacin Fe C que contenga ms de 1,7%de carbono. Sin embargo, en la prctica el contenido de carbono oscila entre 2,5% y 4,5%,adems, del carbono suelen contener otros elementos como: Si, Mn, S y P.La propiedad ms importante de las fundiciones es la colabilidad, es decir, que se puedenobtener piezas por medio de moldes.

Obtencin:Puede obtenerse directamente desde el alto horno ya que el Arrabio obtenido en ellos esfundicin. Pero casi siempre se utiliza de segunda fusin, preparada en:- Crisoles: para pequeas coladas.- Hornos elctricos: para fundiciones de calidad.- Horno reverbero: para fundir grandes piezas.- Cubilotes: son hornos cilndricos con ventilacin forzada que se carga por su parte

superior, con cargas alternadas a arrabio, coke y castina como fundente. Tambin, seutiliza chatarra de hierro y acero sustituyendo a parte de la carga de arrabio.

Ventajas de las fundiciones

a. La fabricacin de piezas (coladas) con fundicin es ms sencilla que con acero:- Porque la temperatura de fusin de la fundicin es ms baja y no necesita regulacin

especial.- Se funden muy fcilmente piezas muy grandes y muy pequeas.

b. Las fundiciones tienen caractersticas muy aceptables para ciertas aplicaciones:- Muy buena resistencia al desgaste.- Mayor capacidad que el acero para soportar vibraciones.- Poseen cualidades autolubricantes.- Ms resistentes a la oxidacin que los aceros al carbono.

c. Las piezas de fundicin, son ms fciles de fabricar por lo que son ms baratas que lasde acero.

ALTO HORNO

LINGOTES

CUBILOTE AFINO

FUNDICIONESACEROS


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Clases de fundiciones:

Hasta hace pocos aos slo se utilizaban las fundiciones duras (blancas), grises yatruchadas. Sin embargo, el descubrimiento de las fundiciones maleables y la introduccinde elementos de aleacin han abierto un amplio campo a las funciones:

Se clasifican en:Fundiciones ordinarias: fundiciones duras (blancas), grises y atruchadas.Fundiciones aleadas: obtenidas al agregar algunos elementos.Fundiciones especiales: fundiciones maleables y fundiciones de grafito esferoidal (nodular).

Entre las principales fundiciones se tienen:

a. Fundiciones duras (blancas)Se denominan as porque el color que presentan en la zona de rotura espredominantemente blanco.Son muy duras y muy frgiles.Resistentes al desgasteNo mecanizables.

b. Fundiciones grisesDeben su nombre al color gris que presenta su superficie de fractura.Son menos duras que las fundiciones blancas, pero ms tenaces.Usada para producir piezas moldeadas (coladas)

c. Fundiciones maleablesSe obtienen a partir de las fundiciones blancas mediante un tratamiento trmico.El tratamiento trmico aumenta su tenacidad y resistencia a la traccin.Tienen propiedades mecnicas similares a los aceros.

d. Fundiciones con grafito esferoidal (nodular)Por la adicin de pequeas cantidades de Mg y Cu posee en su textura depsitos degrafito esferoidal.Despus de un tratamiento trmico obtiene una resistencia similar a la del acero.Pueden mecanizarse mejor que la fundicin gris.

Denominacin de las fundiciones: (DIN)

SIN ALEACION ALEADA1. Smbolo de fundicin 1. Smbolo de fundicin2. Resistencia a la traccin3. Smbolo de fundicin4. Smbolo C5. Contenido de C centsimas

2. Carbono en centsimas3. Smbolo elemento aleante4. Contenido elemento aleante.

(1) Acero moldeado: (GS)GS 52 : Acero moldeado con = 510 N/mm2

GS C25 : Acero moldeado con 0,55% C; 1,5% Cr.

(2) Fundicin gris: (GG)GG 18 : Fundicin gris =180 N/mm2

GG k : Fundicin gris en coquillaGG Z : Fundicin gris (Z = centrfuga)


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(3) Fundicin dura: (GH) Prof. De durezaGH- 25 : Fundicin dura (25 indica dureza).GH- 95 : fundicin dura 95 ms de 50 indica dureza.

(4) Fundicin nodular: (GGG)GGG-40 : Fundicin nodular con =400 N/mm2

GGG-70 : Fundicin nodular con =700 N/mm2

(5) Fundicin maleable: (GT)GTW 55 : Fundicin maleable blanca. =450 N/mm2

GTS- 45 : Fundicin maleable negra. =440 N/mm2

8. METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS

8.1. INTRODUCCIN

De los elementos conocidos, cerca del 75% pueden ser clasificados como metales. Deestos, casi el 40% tienen al menos importancia industrial y comercial. El uso de loselementos metlicos puros est restringido en el campo industrial, ya que si bien secaracterizan en ciertas propiedades descuidan otras, para ello, la combinacin oaleacin de dos o ms elementos mejoran otras propiedades volvindose msverstiles, razn por la cual, la mayora de productos usados en la industria sonaleaciones, basta saber que el nmero de aleaciones conocidas en la tcnica superalos 10 000.Algunas de las propiedades de los metales, que los diferencian claramente de otrosmateriales son: Tienen estructura cristalina. Son buenos conductores de electricidad y calor. Presentan una combinacin de resistencia y tenacidad relativamente alta. Resisten considerablemente altas temperaturas.

8.2. CLASIFICACIN

Los materiales metlicos se clasifican en ferrosos y no ferrosos.Los no ferrosos son aquellos donde no interviene el hierro y pueden clasificarse en:

Ligeros: de densidad relativamente baja (Al, Mg, Ti, Be). Pesados: de densidad relativamente alta (Cu, Zn, Sn, Pb). Refractarios: son muy resistentes al calor (W, Ni, Mo, Cr, Co). Nobles o Preciosos: presentan una alta resistencia a la corrosin y son de escasa

produccin (Au, Ag, Pt, Ir).

8.3. SELECCIN

Las aleaciones no ferrosas se presentan como mejor alternativa ante los aceros yfundiciones ferrosas cuando las propiedades requeridas involucran resistencia a lacorrosin, resistencia a las altas temperaturas, conductividad elctrica, densidad,calor, precio e incluso resistencia mecnica.Se utilizan elementos metlicos no ferrosos con un alto grado de pureza para obtenerfundamentalmente ciertas propiedades. Por ejemplo:


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Conductividad elctrica: Cu, Al, Ag. Resistencia a la oxidacin: Pb, Cr, Al, Sn, Ni. Resistencia a la corrosin: Ag, Au, Pt. Maquinabilidad: Al, Cu, Sn.

8.4. PRINCIPALES ALEACIONES

Aleaciones ampliamente conocidas en la industria son: Bronce: aleacin Cu-Sn, de buenas caractersticas de fundicin y resistente a la

oxidacin. Latn: aleacin Cu-Zn, resistente a la oxidacin. Buena conformabilidad y

ductibilidad. Zamac: aleacin de Zn con Al, Cu y Mg, resistente a la corrosin, bajo punto de

fusin, es utilizado en la fundicin a presin (Diecasting). Duraluminio: aleacin de Al, Cu y otros elementos. Liviano y resistente a esfuerzos

estticos y dinmicos.

9. PRINCIPALES MATERIALES NO FERROSOS

9.1. ALUMINIO

Es un metal que se oxida rpidamente, formndose una pelcula de xidotransparente, la cual se adhiere a la superficie, eliminando la mayor reaccin dealuminio con el aire y consecuentemente eliminando mayor oxidacin y deterioro desta.El aluminio es fcilmente deformable en fro, lo cual permite el laminado en hojas muydelgadas, es fcil de fundir y vaciar en moldes de geometra compleja, pero esfcilmente deformable a bajas temperaturas. El aluminio puede alearse con otrosmateriales. Entre las aleaciones importantes utilizadas en la industria tenemos: Al - Mg. Aplicaciones: ptica (monturas), estructuras soldada, tanques y equipos

criognicos. Al- Si, aleacin muy conocida a la que se le llama por el nombre de SILUMN,

tenaz y muy resistente a la corrosin y que no requiere tratamiento trmicoposterior. Aplicaciones: equipo para manejo de alimentos, accesorios marinos,alambres de aportacin para soldadura sin fusin del metal de base, etc.

Al Cu: como aleaciones de fundicin no necesitan tratamiento posterior y seemplean para fabricar piezas automotrices, cajas de engranajes, repuestos deartefactos elctricos, etc. Como aleaciones maleables, pueden ser maquinados yconformados.

Al Mn: aleacin no muy resistente, de buena formabilidad, resistencia a lacorrosin y buena capacidad de soldado. Aplicaciones: utensilios de cocina,equipos de almacenamiento de alimentos y sustancias qumicas, tanques paragasolina y aceite.

9.2. COBRE

Es un metal que rene propiedades tales como buena conductibilidad elctrica ytrmica, buena ductibilidad, resistencia a la corrosin y oxidacin, buenamaquinabilidad, maleabilidad: es no magntico, puede ser soldado y galvanizado obarnizado, en cambio, tiene poca resistencia mecnica.En la industria son importantes las aleaciones del cobre con el zinc denominadaslatones y con el estao denominadas bronces.


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La mayor parte del cobre se utiliza en conductores elctricos, tuberas, radiadores yempaquetaduras, entre muchos otros.

9.2.1. ALEACIONES A BASE DE COBRE

Latones: adems, de los elementos principales Cu-Zn, tienen pequeascantidades de otros elementos como: Pb, Sn, Al, entre lo ms comunestenemos:Latn ordinario: es adecuado para los trabajos en fro, panales deradiadores, tanques, remaches, accesorios para plomera, etc.Latn para maquinado: contiene plomo, el cual mejora la maquinabilidad.Aplicaciones: placa para grabados, llaves, piezas de cerradura, piezas derelojes.Latn naval: mejora la resistencia mecnica y la resistencia a la corrosin.Se utiliza en tubos de condensadores y de intercambiadores de calor, plantasde energa de vapor y ferretera marina.Latn alumnico: mejora la resistencia a la corrosin.Bronces: los ms conocidos son:Bronce fosforoso: presenta tenacidad, alta resistencia a la corrosin y bajocoeficiente de friccin. Se utiliza en arandelas, seguros, bujes, diafragmas,discos de embrague.Bronce al aluminio: tiene resistencia a la corrosin por ataque atmosfricoy por agua.Bronce al silicio: el silicio incrementa la resistencia mecnica. Son las msfuertes aleaciones de cobre, teniendo propiedades mecnicas similares a losaceros. Se utilizan en tanques, construccin marina, conductores hidrulicosy recipientes sujetos a presin.Metal monel: aleacin de Cu con Ni. Tienen alta resistencia a las solucionesalcalinas salmuera y productos alimenticios.Tienen amplia utilizacin en la industria qumica y farmacutica.

9.3. ZINC

Es un metal relativamente barato y de gran uso, sobretodo como recubrimiento(galvanizado) de hierro y acero; se combina con otros elementos, ya que puro esrelativamente suave y de baja resistencia.Las aleaciones ms importantes del zinc son las que se conocen con el nombre deZAMAC, adems, de ser una aleacin barata es altamente resistente a la corrosin yoxidacin en un ambiente hmedo.La principal aplicacin del ZAMAC es la fabricacin de piezas por fundicin a presin(Diecasting).Estas aleaciones son fciles de fundir inclusive a lmites dimensionales estrechos y sonmaquinables al mnimo costo.De esta manera se utiliza el ZAMAC para piezas de automvil, utensilios domsticos,ferretera en edificios, candados, juguetes, etc.

9.4. MATERIALES SINTERIZADOS

Las materias primas en polvo se comprimen para formar cuerpos y compactanmediante un proceso de recocido a este proceso se le conoce como sinterizado.La metalurgia del polvo o pulvimetalurgia se ocupa de la fabricacin de polvo demetales, del prensado de este polvo y de formar piezas y del sinterizado, que es untratamiento trmico en el que las piezas formadas, compactan por debajo del puntode fusin.


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10. METALURGIA DE POLVOS

10.1. INTRODUCCIN

La metalurgia de polvos se puede definir como el arte de producir polvos de metal yemplearlos para hacer objetos tiles. La utilizacin de los polvos metlicos se remontahacia 3000 aos A.C. cuando los egipcios la utilizaban para producir utensilios dehierro. En 1829 Woolaston public un articulo en el cual describa un proceso paraproducir platino compacto a partir de polvo con esponja de platino. Considerada laprimera investigacin cientfica en el campo de la metalurgia de polvos, estoestableci los fundamentos de las tcnicas modernas.Ya en el siglo XIX se producan mas elementos metlicos en forma de polvo que encualquier otra forma. La invencin de la lmpara incandescente por Edison, requiridel desarrollo de un adecuado material para filamento. Se utilizaron polvos de osmio,tantalio y tungsteno, pero los filamentos eran muy frgiles. Durante mucho tiempohaba sido evidente que el tungsteno sera un filamento ideal para la lmparaelctrica, pero trabajar el tungsteno para darle la forma del alambre fino que eranecesario estaba mas all de la metalurgia convencional a principios de este siglo.Correspondi a Coolidge, en 1909 descubrir que el tungsteno puede trabajarse encierto intervalo de temperatura, prximas a la del sinterizado y conservar suductilidad a temperatura ambiente donde podra estirarse en forma de alambre conresistencia prxima a 600 Psi.

10.2. PROCESOS DE LA METALURGIA DE POLVOS

Las principales operaciones del proceso de sinterizado son el COMPACTADO y elSINTERIZADO.

El COMPACTADO o presionado consiste en someter las mezclas de polvoadecuadamente preparadas, a temperatura normal o elevada, a presin considerable.El comprimido de polvo resultante se le conoce como aglomerado y se dice que esverde, puede manipularse pero es relativamente frgil.

EL SINTERIZADO es una operacin en la que los aglomerados verdes son sometidosa calor, generalmente en una atmsfera inerte, a una temperatura inferior al punto defisin del metal slido. El sinterizado dar la resistencia mecnica requerida, as comootras propiedades deseadas.

10.3. PREPARACIN DE LOS POLVOS DE METAL

Se utilizan mtodos mecnicos y qumicos para producir polvos metlicos; entre losms importantes tenemos: La atomizacin. La reduccin de xidos. La depositacin electroltica.

LA ATOMIZACIN.- Utilizado para metales que tiene bajo punto de fusin: plomo,estao, zinc, cadmio y aluminio. El metal lquido es forzado a travs de un orificio, una corriente de aire hace que

el metal se desintegre y solidifique en partculas finamente divididas. Los productos atomizados suelen estar en partculas esfricas.


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El tamao de partcula puede obtenerse variando la temperatura, presin ytemperatura del gas, rapidez del flujo de metal, diseo del orificio y el inyector.

Tiene la gran ventaja de su flexibilidad es decir puede producir polvos de distintogrado de finura y mantenerse gran uniformidad del tamao para la produccin deun determinado grado de finura.

LA REDUCCIN.- Mtodo conveniente, econmico y flexible de producir polvosmetlicos. El volumen ms grande de polvos metlicos se hacen por este proceso. Las escamas de acera u xidos qumicamente producidos se reducen con

monxido de carbono o hidrgeno. Si se clasifica el polvo de xido antes de reduccin se puede obtener un alto grado

de uniformidad de tamao en el polvo reducido. Partculas producidas son de estructura del tipo esponja e ideales para moldear,

forma mellada e irregular y porosas. nico medio para producir polvos de metales refractarios como W y Mo. Mtodo econmico para producir polvo de hierro, Ni, Co y Cu.

Formas de polvos producidos por diferentes mtodos:

Atomizacin

Reduccin de xidoElectrodepositacin


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DEPOSITACION ELECTROLTICA.- Para producir polvos extremadamente puros,principalmente de Cu y Fe. Basado en el principio de la electrodeposicin, el polvo puede depositarse

directamente en el electrolito mediante una regulacin de la densidad decorriente, temperatura y de la circulacin y adecuada seleccin del electrolito.

Suele ser una sustancia suave y esponjosa. La mayora de polvo es de forma dentrtica y debido a su baja densidad aparente,

tiende a dar buenas propiedades de moldeo debido a la intersujecin de laspartculas durante el compactado.

10.4. CARACTERSTICAS DE LOS POLVOS DE METAL

En todos los casos, el comportamiento del metal durante el procesamiento, as comolas propiedades del producto terminado, depende en mucho de las caractersticasbsicas del material del polvo. Aparte de la composicin qumica y la pureza, lascaractersticas bsicas de un polvo de metal son el tamao de la partcula, la densidadaparente y la microestructura de la partcula.

La distribucin del tamao de la partcula es importante en el empaque del polvo einfluir en su comportamiento durante el moldeado y el sinterizado. Para propsitosprcticos, la seleccin de una deseable distribucin de tamao para una aplicacinespecfica se basa en la experiencia. En general, se refiere un polvo ms fino sobre unpolvo ms grueso, ya que los metales ms finos tienen menores tamaos de poros ymayores reas de contacto, lo cual resulta generalmente en mejores propiedadesfsicas despus de sinterizar. La distribucin del tamao de la partcula se especificaen trminos de un anlisis, de cribado o sea, la cantidad de polvo que pasa a travsde mallas de nmeros 100, 200, etc. Debe ser obvio que el anlisis de cribado darresultados significativos, considerando el tamao y la distribucin de la partcula slocuando las partculas sean de forma esfrica. Si las partculas son irregulares, enforma de hojuelas, se obtendr informacin inexacta.

La naturaleza de la superficie de las partculas individuales es tambin una importantecaracterstica del polvo. Los polvos producidos por reduccin qumica de xidos tienenuna superficie altamente spera que se observa con facilidad, en tanto que laspartculas atomizadas tienen una superficie de grado de aspereza mucho ms fino. Elcarcter de la superficie influir en las fuerzas de friccin entre las partculas, lo cuales importante cuando el polvo fluye o se deposita durante la compactacin. Comocualquier reaccin entre las partculas o entre el polvo y su ambiente se inicia en lasuperficie, la cantidad de rea superficial por unidad de polvo puede ser significativa.El rea superficial es muy grande para polvos hechos mediante tcnicas de reduccin.

La forma de la partcula es importante para influir en las caractersticas deempaquetamiento y flujo de los polvos. Las partculas de forma esfrica tienenexcelentes cualidades de sinterizado y dan como resultado caractersticas fsicasuniformes del producto final; sin embargo, se ha encontrado que las partculas deforma irregular son superiores para el modelo prctico. El mecanismo deempaquetamiento abarca tres procesos: el llenado de espacios entre las partculasms grandes por partculas ms pequeas, el rompimiento de puentes o bvedas y eldeslizamiento y rotacin mutua de partculas. Estos procesos son importantes cuandose cargan cavidades de troquel con polvos de metal.


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Areas superficiales tpicas y especficas de polvos comerciales

POLVO REA SUPERFICIALESPECFICA (cm2 /g)

Fe reducido Fino, 79% malla nmero 325 Mezcla Normal Grueso, 1% Fe esponja mezcla normal Fe atomizado mezcla normal Fe electroltico mezcla normal Tungsteno reducido 0,6 micras

5 1601 500516800525400

5 000

DENSIDAD APARENTE

La densidad aparente puede definirse como el peso de una cantidad de polvo sinapretar, necesaria para llenar completamente una cavidad de troquel dada. En la tablaaparece una lista de rangos de densidad aparente de una cantidad de polvos demetal. Desde luego, aumentar la gravedad especfica o densidad del material slidoincrementa la densidad aparente del polvo.

Como ya se seal, el empaquetamiento de las partculas de polvo est influidograndemente por el tamao y la forma de la partcula; por ejemplo, un espacio dadopuede llenarse slo por cubos del mismo tamao alineados exactamente.Cualesquiera formas de partculas que sean curvas o irregulares no pueden llenar unespacio, lo cual da lugar a la porosidad.Una forma efectiva de incrementar la densidad aparente es llenar los espacios entrelas partculas con partculas ms pequeas, lo cual origina un arreglo de llenado,conocido como empaquetamiento intersticial (ilustrado en la figura), sin embargo, anlas partculas ms pequeas no pueden llenar completamente los poros. An esposible que la adicin de partculas pequeas disminuya la densidad aparente por unefecto conocido como formacin de cavidades arqueadas.

Como se muestra en la figura, la forma del polvo influy en el efecto de la densidadaparente. El polvo esfrico fino es muy efectivo para aumentar la densidad aparente,en tanto que agregar hojuelas reduce la densidad aparente en forma aguda. La

Ejemplo de empaquetamiento intersticial o sea, los espacios entre suspartculas mas pequeas.


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densidad aparente de un polvo es una propiedad de gran importancia para lasoperaciones de moldeado y sinterizado. Los polvos con baja densidad aparenterequieren un mayor ciclo de compresin y cavidades ms profundas para producir unaglomerado de densidad y tamao dados. La tendencia del comprimido a encogersedurante el sinterizado parece disminuir al aumentar la densidad aparente.

MezclamientoLa combinacin y el mezclamiento propios de los polvos son esenciales para launiformidad del producto terminado. La distribucin del tamao de la partculadeseada se obtiene combinando de antemano los diferentes tipos de polvos utilizados.

Los polvos de aleacin, los lubricantes y los agentes de volatilizacin para dar unacantidad de porosidad deseada se agregan a los polvos combinados durante elmezclamiento. El tiempo para mezclamiento puede variar desde unos pocos minutoshasta varios das, dependiendo de la experiencia y de los resultados deseados.El sobremezclamiento debe evitarse en muchos casos, ya que puede disminuir eltamao de la partcula y endurecer por trabajado las partculas.

Ilustracin de modelo del efecto formacin de puentes producidopor partculas pequeas.

Efecto de adiciones de menos Nm. 325 a una distribucin ms Nm 325 de polvo deacero inoxidable 316 en densidad aparente para tres diferentes formas de la adicin.


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CompactadoLa operacin ms importante en la Metalurgia de polvos es el compactado opresionado. La habilidad para obtener una densidad presionada satisfactoriadetermina a menudo la factibilidad de manufactura por Metalurgia de polvos. Lamayor parte del compactado se hace en fro, aunque en hay algunas aplicaciones paralas cuales los comprimidos se presionan en caliente.El propsito del compactado es consolidar el polvo en la forma deseada y tan cercacomo sea posible a las dimensiones finales, teniendo en cuenta cualquier cambiodimensional que resulte del sinterizado; el compactado se ha diseado tambin paraimpartir el nivel y tipo de porosidad deseado y proporcionar una adecuada resistenciapara la manipulacin.

Las tcnicas de compactado pueden clasificarse endos tipos:

Tcnicas de presin, como troquel, isosttica,formado de alta energa-rapidez, forjado,extrusin, vibratoria y continua.

Tcnicas sin presin, como proceso desuspensin, gravedad y continua.

El compactado por troquel es el mtodo msampliamente utilizado. La secuencia usual deoperaciones en el compactado por troquel consiste enllenar la cavidad del troquel con un volumen definidode polvo; la aplicacin de la presin requeridamediante el movimiento de punzones superior einferior uno hacia el otro; y la expulsin delcomprimido verde por el accionar del punzn inferior.La figura muestra estas operacionesesquemticamente.

Acciones mltiples de la prensa

Operaciones esquemticas del compactado paraformar piezas en polvo


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Las tcnicas de forja y de extrusin se han utilizado slo en una extensinlimitada. En cualquier caso, el polvo se enlata o coloca en alguna clase derecipiente de metal. El recipiente sellado se calienta o evacua y luego se forja o seextrae. La figura muestra el mtodo de extrusin de alambres o varillas a partirdel metal mecnica o qumicamente. Ambas tcnicas dan comprimidos dedensidad extremadamente alta y por lo general no requieren sinterizado.

En el compactado vibratorio, se aplican presin y vibracin simultneamente a unamasa de polvo en un troquel rgido. Comparado con el compactado ordinario portroquel, este mtodo permite utilizar presiones mucho menores para lograr ciertonivel de densificacin. Uno de los principales problemas es el diseo de equipopara aplicar la vibracin a herramental y prensas prcticas.

El compactado continuo se aplica principalmente para cuerpos de formas simples,como varillas, lminas, tubos y placas. La mayora de las tcnicas comercialesincluyen el flujo de polvo suelto entre un conjunto de rodillos verticalmenteorientados. La separacin de los rodillos se ajusta para dar un comprimido depropiedades deseadas. En general, la velocidad de rolado del polvo es muchomenor que la de las operaciones convencionales de rolado.

En el compactado por gravedad, el troquel se llena con polvo suelto que luego sesinteriza en l. El troquel se hace generalmente de un material inerte (comografito). Como no se utiliza para la produccin de filtros M/P.La densidad del comprimido verde es una de las propiedades ms tiles, ya queindica la efectividad del compactado y determina tambin el comportamiento delmaterial durante el sinterizado subsecuente. La densidad del polvo verde pareceaumentar

con

el

incremento de la presin de compactado, con el crecimiento del tamao de lapartcula o densidad aparente, con la disminucin de la dureza y resistencia de laspartculas y con el decremento de la velocidad de compactado.

Dependencia de la resistencia verde sobre lapresin de compactado para polvo electroltico

de hierro.

Dependencia de la densidad verde (a 30ton/pulg2)sobre la densidad aparente para diferentes polvos

de hierro.


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SinterizadoEl proceso de sinterizado se efecta generalmente a una temperatura inferior a la delconstituyente de ms alto punto de fusin. En algunos casos, la temperatura essuficientemente alta para formar un constituyente lquido, como en la manufactura decarburos cementados, en que el sinterizado se hace por encima del punto de fusindel metal cementador. En otros casos, no tiene lugar la fusin de ninguno de losconstituyentes.Los hornos de sinterizado pueden ser del tipo de resistencia elctrica o del tipo deencendido por gas o por petrleo. Es necesario controlar estrechamente latemperatura para minimizar las variaciones en dimensiones finales. La temperaturamuy uniforme y precisa del horno elctrico lo hace ms adecuado para este tipo detrabajo.

El sinterizado es esencialmente un proceso de enlazar cuerpos slidos por fuerzasatmicas. Las fuerzas de sinterizado tienden a disminuir con el aumento detemperatura, pero todas las obstrucciones al sinterizado (como el contacto superficialincompleto, la presencia de pelculas superficiales y la falta de plasticidad) disminuirnms rpidamente con el aumento de temperatura. Por tanto, las temperaturaselevadas tienden a favorecer el proceso de sinterizado. Cuando mayor sea el tiempode calentamiento o la temperatura, mayores sern el enlace entre la pelcula y laresistencia tensil resultante.

Presionado en calienteEste mtodo consiste en aplicar presin y temperatura simultneamente. El moldeadoy sinterizado tienen lugar al mismo tiempo, lo cual origina densidades mayores yproducciones ms grandes. Las ventajas del presionado en caliente en comparacincon el compactado y sinterizado en fro son una reduccin en el contenido de gas y enlos efectos de encogimiento, conjuntamente se utiliza slo en una extensin limitada,principalmente para producir piezas muy duras de carburo cementado. La figuramuestra la estructura unifsica de ejes iguales y los poros negros de un polvo decarburo de titanio presionando en caliente, hecho en un troquel de grafito a 4 150F y

Polvo de tungsteno cuyo tamao de la partculaes de 10 rociado por arco plasma sobre un

mandril de cobre. Ntese las gotas de tungstenofundido salpicadas una sobre la otra, con

agujeros apreciables (negros) entre cada una.Atacada qumicamente con 10g de CuSO3.5H2O,

20 ml de NH3OH

El mismo material despus de sinterizar por24 hr a 3460F en hidrgeno ntese elcrecimiento equixico de los granos detungsteno y la reduccin sustancial en

porosidad con el mismo ataque qumico


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una presin de 2 000 lb/pulg2. La principal desventaja de este mtodo es el alto costode troqueles que soporten la presin a elevadas temperaturas.

Operaciones suplementariasPara aplicaciones que requieren mayor densidad o estrechas toleranciasdimensionales, el sinterizado es seguido por una operacin del trabajado en fro,conocida como presionado final de represin. Este presionado tiene por objetocondensar el comprimido sinterizado. Es posible obtener considerable deformacinplstica dentro del troquel, lo cual da como resultado forma ms complejas de las quepodran hacerse directamente del polvo. La restringida deformacin plstica dentro deltroquel permite tambin en muchos casos, obtener estrechas toleranciasdimensionales sin necesidad de un maquinado costoso ulterior.

El calentamiento para sintetizar puede interrumpirse en alguna temperaturaintermedia, lo cual se conoce como presinterizado. En este punto, el comprimidopuede tener buena maquinabilidad o ser suficientemente suave para permitir lautilizacin de operaciones factibles despus de sinterizar.

Dependiendo de la aplicacin, el comprimido sinterizado puede tratarse trmicamentepara obtener ciertas propiedades deseables. El tratamiento trmico puede ser deliberacin de esfuerzos o de recocido. Las aleaciones no ferrosas de composicionesadecuadas pueden endurecer por envejecido, en tanto que los aceros puedenestablecer por temple o superficialmente por carburizacin, cianuracin o nitruracin.Se pueden llevar a cabo diversas operaciones para completar la manufactura de laspiezas hechas de polvo de metal. Estas operaciones incluyen maquinado,cizallamiento, escariado, pulido, enderezamiento, eliminacin de rebabas, esmeriladoy limpiadura por chorro de arena.

Los revestimientos superficiales protectores pueden aplicarse por electrodepositacin,metalizado y muchos de los otros mtodos descritos en el captulo anterior.De los diversos mtodos de enlace, slo la soldadura fuerte se ha utilizadoextensamente para los productos de Metalurgia de polvos.

La impregnacin es el medio ms comn para llenar los poros internos en elcomprimido sinterizado. Estos se lleva a cabo principalmente para mejorar laspropiedades de antifriccin, como en los cojinetes autolubricables. La impregnacin deaceite puede lograrse sumergiendo las piezas en un recipiente con aceite caliente oextrayendo primero el aire de los poros por vaco y luego forzando el aceite dentro delos poros a base de presin. Las ceras y las grasas tambin se utilizan comoimpregnadores. El empleo de un impregnador metlico de bajo punto de fusin, comolas aleaciones al estao y el plomo habbitt en una matriz esponjosa de aleaciones noferrosas, tiende a mejorar las propiedades antifriccionantes del metal. Laimpregnacin con plomo se ha usado para incrementar la gravedad especfica de laspiezas de base hierro.

Aplicaciones de la Metalurgia de PolvosLas tcnicas de la Metalurgia de polvos se utilizan para producir metales refractarios,metales compuestos, metales porosos y combinaciones metal-no metal y comomtodo de produccin ms eficaz para ciertas piezas. En las tablas se muestra lacomposicin, propiedades y aplicaciones de algunos metales en forma de polvos.Los altos puntos de fusin de los metales refractarios hacen imposible utilizar lastcnicas convencionales de derretimiento y colado. El empleo del mtodo de polvos


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para manufactura de filamentos de tungsteno se estudi a principios de este captulo.Esta tcnica ofrece el nico mtodo prctico de producir molibdeno, tantalio y otrosmetales del mismo grupo.Uno de los usos relevantes de la Metalurgia de polvos es la combinacin de materialesduros en una matriz metlica, lo cual sirve de base para los productos de carburocementados. En la produccin de herramientas de corte de carburo cementado secomprime y presinteriza una adecuada mezcla de los carburos de tungsteno, tantalio ytitanio con cobalto como cementador. En esta condicin, los materiales puedencortarse, maquinarse y esmerilarse hasta la forma final. El comprimido se someteluego a una operacin de sinterizado a alta temperatura (aproximadamente 2 750F)durante la cual el cobalto lquido cementa las partculas duras de carburo formandouna pieza slida. Las herramientas de carburo cementado son notables por su altaresistencia compresiva, su dureza al rojo y su resistencia al desgaste. Como sonrelativamente frgiles, se emplean generalmente como puntas soldadas a unaherramienta de acero; se utiliza tambin como forros para aplicaciones resistentes aldesgaste.

Otros ejemplos en esta clasificacin son discos de esmerilar impregnados dediamante, brocas y herramientas de desbaste. Estas constan de diamantes embutidosen carburos cementados o metales y aleaciones ms plsticas.

Las combinaciones metal-no metal han tenido amplia utilizacin en la manufactura dediversos materiales de friccin, como revestimientos para embrague y zapatas parafreno. Estos materiales contienen una matriz metlica de cobre o bronce para obtenerconductividad de calor, plomo o grafito para formar una zapata que ajustauniformemente durante la operacin y slice o esmeril con fines de friccin. El hierrose agrega algunas veces para incrementar la friccin y evitar el aferramiento. Lascombinaciones cobre-grafito se utilizan como escobillas colectoras de corriente y encojinetes de bronce poroso y hierro.

La porosidad controlada de las piezas de polvo de metal ha originado la produccin decojinetes, engranes y filtros porosos. Los cojinetes de autolubricacin se hacen depolvo de bronce con porosidad controlada despus de sinterizar. Los poros se llenanms tarde con aceite. Durante la operacin, la carga sobre el cojinete y el calorincrementado producido por la pieza en movimiento dentro del cojinete obligan alaceite a salirse de los poros para proporcionar lubricacin automtica y uniforme. Loscojinetes de autolubricacin se utilizan extensamente en la industria automotriz y enmquinas lavadoras, refrigeradoras, relojes elctricos y muchos otros equipos. Losengranes de metal poroso se emplean en bombas para aceite por sus propiedades delubricacin. Los filtros de metal, utilizados en la industria qumica, son similares al tipocermico, pero tienen mayor resistencia a los choques mecnicos y trmicos.

Finalmente, en muchas aplicaciones, el uso de las tcnicas de la Metalurgia de polvosresulta en una manufactura ms econmica de la pieza. Donde las condiciones decarga no son severas, los engranes pequeos, levas, palancas, catarinas y otraspiezas de hierro, acero, latn o bronce pueden moldearse a partir de polvos parareducir en mucho o eliminar completamente el alto costo y el tiempo de maquinado yotras operaciones de formado; por ejemplo, los engranes de una bomba de aceite tipoengrane deben tener dientes involutos exactamente formados o la bomba serineficaz. El engrane maquinado se corta de un pedazo de metal fundido por unmaquinista experto con aproximadamente 64% de metal perdido en virutas. Por otrolado, cualquier hombre con cierta experiencia puede llenar una tolva y operar unaprensa, la cual, a su vez, puede producir cientos de estos engranes con exactituddimensional y con menos del 1% del metal como desperdicio.


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Los pequeos imanes permanentes de Alnico con aluminio, nquel, cobalto y hierropueden hacerse de polvos o por fundicin. La aleacin fundida es difcil de maquinar yel terminado a las dimensiones finales debe hacerse mediante un esmerilado tedioso.Estos imanes pueden moldearse de los polvos directamente al tamao y forma final ysus dimensiones mantener aceptables tolerancias durante el sinterizado. Adems, untamao ms fino de grano y una resistencia mecnica mayor se obtienen en losimanes sinterizados.

11. RESUMEN

En Este capitulo Usted ha podido ver el estudio de los principales materiales utilizados en laindustria y sus diferentes aplicaciones tcnicas, pero antes tuvo que identificarlos y esto serealiz estudiando primero sus propiedades como son:

PROPIEDADESFSICAS

PROPIEDADESTECNOLGICAS

PROPIEDADESMECNICAS

Se presentan comocaracterstica propia ycuantificable de cada

material.

Se presentan al procesarindustrialmente los

materiales.

Se presentan comoreaccin a las fuerzasexternas aplicadas a

los materiales.

Luego se aprovech para hacer un estudio mas profundo del acero desde su obtencincomo fue pasando por cada una de sus etapas hasta su designacin resaltando el empleolas normas SAE Y DIN es decir:

Mineral de hierro (Magnetita)

Pelets (bolitas de hierro)

Arrabio(con adicin de chatarra)

Afino (proceso) Fundiciones

Hierro Fundido: GG25Acero fundido : GS 42Etc.Aceros

Corrientes: Sae 1020 St 37 (DIN)

Aleados: Sae 304 X210CrW12 (DIN)Etc.


Pag. 39 Unidad II

Tambin se revisaron metales no frreos con sus diferentes aleaciones tal es el caso deestas aleaciones ampliamente conocidas en la industria son: Bronce: aleacin Cu-Sn, de buenas caractersticas de fundicin y resistente a la

oxidacin. Latn: aleacin Cu-Zn, resistente a la oxidacin. Buena conformabilidad y ductibilidad. Zamac: aleacin de Zn con Al, Cu y Mg, resistente a la corrosin, bajo punto de fusin,

es utilizado en la fundicin a presin (Diecasting). Duraluminio: aleacin de Al, Cu y otros elementos. Liviano y resistente a esfuerzos

estticos y dinmicos.

Finalmente se estudio ampliamente los materiales sinterizados aprendiendo que se utilizanmtodos mecnicos y qumicos para producir polvos metlicos; entre los ms importantestenemos:

La atomizacin. La reduccin de xidos. La depositacin electroltica.

Sus aplicaciones tambin fueron muy importantes como por ejemplo: discos de esmerilarimpregnados de diamante, brocas y herramientas de desbaste. Estas constan de diamantesembutidos en carburos cementados o metales y aleaciones ms plsticas. Otro ejemplotenemos los engranes de una bomba de aceite tipo engrane deben tener dientes involutosexactamente formados o la bomba ser ineficaz. El engrane maquinado se corta de unpedazo de metal fundido por un maquinista experto con aproximadamente 64% de metalperdido en virutas. Por otro lado, cualquier hombre con cierta experiencia puede llenar unatolva y operar una prensa, la cual, a su vez, puede producir cientos de estos engranes conexactitud dimensional y con menos del 1% del metal como desperdicio.

FIN DE LA UNIDAD

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