Mecanizado básico

1-Mecanizado manual y mediante herramientas eléctricas

   Distintos tipos de mecanizado

2- Corte

    Tipos y medios de corte

    Corte por arranque de viruta

    Corte por desbastado

2- Limado

    Limas, tipos.

    Proceso de limado

3- Bruñido

4- Taladrado

5- Torneado

6- Roscado

    Concepto de rosca

    Tipos de rosca

    Procedimiento de roscado

1-Mecanizado manual y mediante herramientas eléctricas

Es un proceso de conformado por eliminación de material, denominado proceso de mecanizado, se caracteriza por la obtención de la geometría final de la pieza mediante la eliminación del material sobrante de una preforma de partida. Existen dos procesos de mecanizado, según el método empleado en la eliminación del material, estos son:

• Procesos Convencionales: La eliminación de material se realiza fundamentalmente por medios mecánicos. Los procesos de torneado, fresado, taladrado, etc., pertenecen a este grupo.

• Procesos No convencionales: La eliminación de material se debe fundamentalmente a otros medios diferentes de los mecánicos (eléctricos, físico-químico, etc.). Procesos pertenecientes a este grupo es la electro-erosión y el fresado químico entre otros.

La operación de maquinado es necesaria o deseable en operaciones de manufactura debido a que:

-Es posible obtener una mayor exactitud dimensional por medio de maquinado que por fundición o procesos de deformación plástica.
-El proceso puede requerir geometrías externas o internas complicadas las cuales no pueden ser producidas en otros tipos de manufactura.
-Algunos productos requieren tratamientos térmicos para mejorar sus propiedades mecánicas; estas partes pueden sufrir distorsiones o decoloración de la superficie por lo que generalmente requieren de operaciones de maquinado.
-El maquinado puede ser el proceso más económico, especialmente si el número de piezas deseadas es pequeño.

2- Corte

Una herramienta consta, en general, de una o varias aristas o filos, materializadas por la intersección de superficies, generalmente planas. Entre estas superficies, resultan de mayor interés la denominada cara de incidencia, aquélla que queda enfrentada a la superficie mecanizada de la pieza y la cara de desprendimiento, aquélla por la que se desprende el material eliminado o viruta. Las aristas se denominan aristas o filos de corte.

En función del número de aristas de corte es frecuente considerar una primera clasificación de herramientas en herramientas monofilo, tales y como las empleadas en operaciones de torno, y herramientas multifilo, tales y como las empleadas en operaciones de fresado.

2- Limado

La lima es una herramienta usada para afinar o pulir piezas de diferentes materiales: metal, plástico o madera. Su versión más común no necesita de corriente eléctrica y es de uso manual. Es práctica para movilizarse al lugar donde se le requiera. Existen limas que son utilizadas de manera industrial y funcionan como sierras, por lo que éstas sí requieren energía eléctrica para su funcionamiento.

Con el nombre limado, cepillado y mortajado, se conoce al conjunto de operaciones de mecanizado que pueden realizarse en las máquinas-herramienta denominadas limadora, cepillo y mortajadora respectivamente. Todas ellas, pese a ser efectuadas en diferentes máquinas-herramienta, se caracterizan porque el movimiento principal es de traslación y la herramienta empleada es monofilo, obteniéndose por lo general superficies planas y ranuras paralelas a la dirección de dicho movimiento principal.

En el limado y en el cepillado el movimiento principal se realiza en un plano horizontal,
mientras que en el mortajado dicho plano es vertical.

Los acabados superficiales y las tolerancias dimensionales obtenidos mediante este tipo de procedimientos, no son excesivamente buenos, de ahí que su uso más habitual sea el de operaciones de desbaste.

-El tallado de las limas está formado por un gran número de picaduras o dientes, que puede ser:

·Sencillo recto u oblicuo: esta formado por una serie de ranuras paralelas a 70 grados:

·Cruzado o doble: es aquel en el cual, encima de un picado sencillo, se hace otro de menor profundidad y transversal al primero. El ángulo del segundo picado respecto al eje de la lima es de 45°:

·Formas de limas

Grado de corte: Se entiende por grado de corte al número de diente que entran por centímetro cuadrado de superficie picada, a continuación se detalla una clasificación:

Técnicas de limado
1. Antes de empezar el limado la pieza debe de estar trazada, de tal manera que se pueda apreciar el sobre metal existente.
2. Las piezas deben de ser fijadas en el tornillo de banco en forma estable y segura, las piezas ya desbastadas o pulidas, hay que protegerlas, colocando mordazas postizas y hacer lo mismo con piezas delicadas.
3. La prensa debe de encontrarse a la altura correcta: para verificar esto coloque su codo sobre las mordazas, su puño debe de tocar sin problemas su mentón.
4. Para limar el aprendiz se debe de colocar de pie, de manera que, el pie izquierdo quede adelantado y cerca del vertical del tornillo del banco.

Mortajado

3- Bruñido

El bruñido es un proceso mediante el cual un accesorio de corte, alojado en la herramienta de bruñido rota sobre la superficie sobre la que vamos a trabajar, a velocidades relativamene bajas y a presiones de contacto comparables al rectificado. Este proceso es llevado a cabo por una o más piedras de bruñido que giran horizontalmene mediante un movimiento helicoidal dentro de la pieza a trabajar.

El proceso se basa principalmente en el acabado de orificios después de perforar, escariar… aunque no es necesario que todos los orificios sean mecanizados antes del bruñido; muchos componentes de carburo de tungsteno y cerámico son bruñidos directamente desde su estado sinterizado y los tubos de acero se bruñen a menudo tal y como se reciben de la planta .

Un requisito del proceso es que ya sea la herramienta de bruñido o la pieza como la que vamos a trabajar ha de estar en un estado flotante alineado con el eje axial. De otra manera la concentricidad no podrá ser generada por el bruñido aunque estas condiciones se mantengan en el orificio que ha sido correctamente posicionado por el proceso de mecanización anterior. Por este motivo, el bruñido se hace normalmente en etapas primarias de la fabricación del producto  para producir una ubicación de referencia para posteriores fases de mecanizado.

La velocidad de superficie de los abrasivos es de 15 a 76 metros por minuto lo que es mucho menor que en el rectificado que suele ser de 762 a 2900 metros por minuto. Esto significa, que a diferencia de una máquina de rectificado, una máquina de bruñido no requiere maquinaria de alta resistencia ni sitemas especiales de cojinetes para alojar el eje y esto se refleja en el precio de la maquinaria.

El hecho de que las piedras de bruñido permanezcan siempre en contacto con la superficie de trabajo implica que no se produce un gran impacto como en el rectificado. Y el gran área de contavto de las piedras de bruñido permite que todo el calor generado por el proceso se disipe con rapidez.

4- Taladrado

El taladrado permite realizar taladros u orificios en la pieza, paralelos al eje de rotación de la herramienta. Permite la obtención de un taladro (pasante ó ciego) paralelo al eje de rotación de la pieza. Las tolerancias dimensionales obtenidas mediante esta operación no son muy buenas, por lo que sólamente resulta aplicable en ciertas situaciones o bien como operación previa a otras operaciones de acabado. Cuando las dimensiones del taladro lo aconsejan, es práctica habitual emplear una secuencia de brocas de diámetros crecientes hasta alcanzar la dimensión final requerida.

El taladrado también da lugar a:

-Avellanado. Permite la variación de la forma en la parte inicial de los taladros. Las formas más comunes son la cónica y la cilíndrica tal y como se representa en la figura 37. Estos taladros se emplean normalmente para embutir las cabezas de los tornillos en el interior de las piezas, de forma tal que no sobresalgan en la superficie de la pieza. Su realización también se efectúa para facilitar el acoplamiento de piezas macho o para la eliminación de rebabas.

-Escariado. Permite la obtención de tolerancias dimensionales estrechas en taladros de diámetros reducidos (hasta 20 mm de diámetro aproximadamente). El escariado requiere una operación previa de taladrado con broca a una dimensión de taladro ligeramente inferior del nominal, para posteriormente, mediante la acción de la herramienta o escariador, repasar la geometría del taladro hasta dejarlo dentro de tolerancias.

-Mandrinado. De forma análoga al escariado, permite la obtención de tolerancias dimensionales estrechas en taladros de diámetros de dimensiones por encima de los 20 mm en diámetro. El mandrinado requiere igualmente una operación previa de taladrado del
agujero a un diámetro de taladro ligeramente inferior al del nominal, para posteriormente repasar la geometría del taladro hasta dejarlo dentro de tolerancias. También se utiliza para la realización de taladros de grandes dimensiones.

5- Torneado

Con el nombre genérico de torneado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizado que pueden efectuarse en la máquina-herramienta denominada torno.

El torno fundamentalmente permite obtener piezas de revolución, aunque también es posible la obtención de superficies planas mediante ciertas operaciones. El movimiento principal en el torneado es de rotación y lo lleva la pieza, mientras que los movimientos de avance y penetración son generalmente rectilíneos y los lleva la herramienta.

El trabajo en el torno, excepto cuando se emplean máquinas-herramienta de control numérico, requiere por lo general de una gran destreza por parte del operario que maneja la máquina, y de hecho la profesión de tornero es una de las más comunes y cotizadas en el campo de la formación profesional mecánica.

Aunque existen diversos tipos de tornos que incorporan ciertas particularidades, un torno puede ser esquematizado de la siguiente forma:

Las operaciones más frecuentes a realizar en un torno, esquematizadas en la figura 20, son las siguientes:

Cilindrado (a). Permite la obtención de una geometría cilíndrica de revolución. Puede aplicarse tanto a exteriores como a interiores.

Refrentado (b). Permite la obtención de superficies planas perpendiculares al eje de rotación de la máquina

Roscado (c). Permite la obtención de roscas, tornillos en el caso de roscado exterior y tuercas en el caso de roscado interior.

Cajeado o Ranurado (d). Permite la obtención de cajas o ranuras de revolución.

Tronzado (d). Permite cortar o tronzar la pieza perpendicularmente al eje de rotación de la pieza.

Taladrado (e). Permite la obtención de taladros coaxiales con el eje de rotación de la pieza.

Moleteado (f). Permite el marcado de la superficie cilíndrica de la pieza a fin de facilitar la rotación manual de la misma.

Operaciones de torneado

Proceso de torneado

6- Roscado

La operación de roscado, tanto en interiores como exteriores, no es más que un caso particular de la operación de cilindrado en lo referente a su cinemática, variando respecto a aquélla las condiciones de corte y la geometría de la herramienta.

El avance de la herramienta se hace coincidir con el paso de la rosca. El número de pasadas a realizar, suele ser elevado si se compara con una operación de cilindrado equivalente, debido a la limitación del espesor de viruta indeformada en cada una de las pasadas, a fin de obtener una geometría aceptable en la rosca.

Los Aceros

1.- ¿Qué es el acero? Microconstituyentes, estructuras cristalinas.

2.- Características físicas de los aceros.

3.- Diagrama hierro carbono (este apartado casi daría para una entrada completa, pero bueno, explicar los puntos principales, qué representa, sus constituyentes y sus transformaciones).

4.- Clasificación de los aceros en función del porcentaje de carbono.

5.- Relación entre características físicas y tamaño de grano.

6- Otros productos siderúrgicos y sus características.

7.- Aleantes y características que aportan al acero.

8.- Tratamientos térmicos. Explicar en base a diagrama Fe-C y desarrollar sus diagramas TTT.

1.- ¿Qué es el acero? Microconstituyentes, estructuras cristalinas.

Es una aleación Fe-C con un % de C entre el 0,03 y 1,76. Tiene la capacidad de cambiar sus propiedades mecánicas mediante variaciones controladas de temperatura lo cual se debe a los distintos constituyentes que aparecen según la temperatura.

-Microconstituyentes del acero

A Tª ambiente o granos obtenidos por enfriamiento lento del arrabio o 1ª colada:
·Ferrita: Contiene 0,008% de C. Blando, dúctil y baja resistencia a rotura.
·Perlita: Contiene 0,89 % de C. Dureza, resistencia y ductilidad media.
·Cementita: Contiene 6,67 % de C. Duro y muy frágil.

·
Constituyente a alta Tª,  Austenita: Tiene gran plasticidad, es dúctil y maleable y permite un alargamiento del 30%. Por estas características, la austenita permite ser trabajada con facilidad y es la razón de que el acero caliente al rojo para fabricar piezas por estampación, forja…

· Constituyente al enfriar rápidamente desde la austenita, la Martensita: Tiene gran dureza y resistencia pero es poco dúctil y maleable.

-Estructuras cristalinas

La distribución atómica en sólidos cristalinos puede describirse mediante una red espacial donde se especifican las posicionesatómicas por medio de una celdilla unidad que se repite y que posee las propiedades del metal correspondiente. Existensiete sistemas cristalinos basados en la geometría de las longitudes axiales y ángulos interaxiales de la celdilla unidad, con catorce subretículos basados en la distribución interna de ésta. En los metales las celdillas unidad de las estructuras cristalinas más comunes son: cúbica centrada en el cuerpo (bcc), cúbica centrada en las caras ( fcc) y hexagonal compacta (hcp) que es una variación compacta de la estructura hexagonal simple. Enlace M. Metalicos

Dependiendo de el estado del acero (ferrita, austenita o martensita) su estructura molecular varia, dándole diferentes propiedades según dicho estado

El carbono, y otros aleantes, juegan un papel elemental en las estructuras cristalinas del  acero al modificarlas y conferirle al material final unas propoiedades fisico-quimicas completamente diferentes al material inicial.

2.- Características físicas de los aceros.

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

    -Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero sepuede contraer, dilatar o fundir.

    -El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente                 principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes, (excepto las aleaciones auténticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C. Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.

3.- Diagrama hierro carbono (este apartado casi daría para una entrada completa, pero bueno, explicar los puntos principales, qué representa, sus constituyentes y sus transformaciones).

El acero al carbono puede tener las siguientes fases de equilibrio:

-Ferrita(alfa): Consiste en atomos de hierro con estructura cristalina BCC y atomos de carbono en los sitios intersticiales. La cantidad de atomos de carbono presentes en la ferrita es pequeña. La ferrita es una fase muy suave, ductil y magnetica.

-Austenita (gamma): Consiste en atomos de hierro con estructura FCC y atomos de carbono en los sitios interstuiciales. Presenta menor suavidad y ductivilidad que la ferrita. Es una fase no magnetica.

-Cementita (Fe3C): Tambien se llama carburo de hierro. Es un compuesto intermetalico. Es una fase muy dura y fragil.

-Perlita: Es una fase que resulta de la reaccion eutectoide ddel acero. La reaccion autectoide permite que la austenita en estado solido se transforme en ferrita y cementita, ambas en estado solido. Esta transformacion es similar a la reaccion eutectica, popr lo que la fase resultante tiene una pariencia similar al solido eutectico.

El diagrama Fe-C representa la concentración de carbono en el acero en función de la temperatura, a su vez representa las fases de equilibrio y sus combinaciones en función de la temperatura.

En funcion de las fases anteriores, los aceros pueden clasificarse de la siguiente forma:

-Aceros hipoeutectoides: Son aquellos que poseen menos de 0,77% de carbono. La micrestructura presente en estos aceros consiste de ferrita y perlita.

-Aceros eutectoides : son aquellos que poseen exactamente 0,77% de carbono. Su microestructura esta formada totalmente de perlita.

-Aceros hipereutectoides: son aquellos que poseen mas de 0,77% de carbono. Su microestructura consiste en cementita y perlita.

4.- Clasificación de los aceros en función del porcentaje de carbono.

Aleaciones de hierro y carbono que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación. Los aceros son sensibles al porcentaje de carbono, el cual normalmente es menor al 1%.

   -Aceros de bajo carbono:

· Son los que se producen comercialmente en mayor cantidad, bajo  costo de produccion.

·Generalmente contienen menos de un 0.25% de carbono.

· No responden a tratamientos térmicos que forman martensita.

· Su incremento en la resistencia puede lograrse mediante trabajo en frio.

· Su microestructura consiste en ferrita y perlita.

-Aceros de alta resistencia y baja aleacion (HSLA):

·Subgrupo de los aceros al carbono bajo en en carbono.

·Contiene elementos de aleación como el cobre, vanadio, niquel y molibdeno en concentraciones combinadas de 10% o menos.

·Poseen mayor resistencia que los aceros al carbono.

·Pueden tratarse termicamente. Ademas son dúctiles, formables y maquinables.

·En condiciones normales, son mas resistentes a la corrosión que los aceros al carbono.

-Aceros de medio carbono:

·Tiene concentraciones de carbono entre 0.25 y 0.6%.

·Pueden ser tratados térmicamente por austenizado, templado y revenido.

·Al añadir cromo, niquel y molibdeno se mejora la capacidad de estas aleaciones de ser tratadas termicamente. Mayor resistencia que los aceros de bajo carbono, pero sacrificando ductilidad y tenacidad.

·Se utilizan en aplicaciones que requieren la combinación de elevada resistencia, resistencia al desgaste y tenacidad.

-Aceros de alto carbono:

·Su contenido varia entre 0.6 y 1.4%.

·Son los aceros mas duros, mas resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono.

·Casi siempre se utilizan revenidos, por ello tienen una resitencia al desgaste especial.

·Los aceros para herramienta caen dentro de la categoria de aceros de alto carbono. Contienen cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno.

-Aceros inoxidables:

·Poseen una resistencia elevada a la corrosion en una variedad de entornos.

·El elemento principal de la aleación es el cromo (al menos 11% de cromo en acero). La resistencia a la corrosión puede mejorarse al añadir niquel y molibdeno.

·Se dividen en :  martensitico, ferritico y austenitico.

·Los aceros inoxidables austeniticos y ferriticos solo pueden endurecerse por trabajo en frio.

·Los aceros inoxidables austeniticos son los que tienen mayor resistenciaa la corrosion debido a su alto contenido en cromo.

·Los aceros inoxidables martensiticos y ferriticos son magneticos, al contrario que los austeniticos.

5.- Relación entre características físicas y tamaño de grano.

Estudios en aceros inoxidables austenicos muestran que  a mayor numero de tamaño de grano sugun norma ASTM (cuanto mayor sea dicho numero, menor sera el tamaño de grano), mayor limite elastico y resistencia a la traccion y menor alargamiento.

Conforme se aumenta el tiempo de recocido, el numero de tamaño de grano disminuye, y conforme a  esto, van variado las propiedades de los distintos materiales.

En todos los aceros inoxidables austeníticos estudiados,tanto estables como metaestables, se observa la misma tónica: a mayor número de tamaño de grano (tamaño de grano más pequeño), mayores valores se obtienen de límite elástico al 0,2 %,de resistencia a la tracción^^ y de dureza, y menores valores se obtienen en cuanto a los alargamientos.Tomando como referencia un tamaño de grano igual a siete, observamos que los aceros metaestables tienen menores valores de límite elástico al0,2 % que los estables; mientras que, en cuanto a alargamientos y resistencias a la tracción tienen valores mayores, siendo las durezas muy similares.

6- Otros productos siderúrgicos y sus características.

ACEROS

Aleaciones de hierro y carbono que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación. Los aceros son sensibles al porcentaje de carbono, el cual normalmente es menor al 1%.

   -Aceros de bajo carbono:

-Aceros de alta resistencia y baja aleacion (HSLA):

-Aceros de medio carbono:

-Aceros de alto carbono:

-Aceros inoxidables:

FUNDICIONES

Son aleaciones ferrosas con un contenido de carbono superior al 2.1%. La mayoría de ellas entre un 3 y un 4.5% de carbono. Pasan a estado al  liquido entre 1150ºC  y 1300ºC, temperaturas mas bajas que las de los aceros.

Estas aleaciones son muy fragiles, siendo la fundicion la mejor forma de fabricar geometria con ellas.

La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y bajo ciertas circunstancias se descompone en ferrita y grafito. La formacion de grafito depende de la composicion quimica, rapidez de enfrimianto y la presencia de silicio en concentraciones mayores de 1%.

-Hierro Gris

·Contiene entre 2.5 y 4% de C y 1 y 3% de Si.

·El grfito existe en forma de hojuelas rodeadas de una matriz de perlita o ferrita. Debido a dichas hojuelas el material toma un color grisaceo.

·Mecanicamente, es mas debil y fragil en tension que en compresion, a consecuencia de su microestructura.

·Son aleaciones muy efectivas disipando energia de vibraciones. Posee una elevada resistencia al desgaste. Ademas , es muy fluido en estado liquido, lo cual permite fabricar piezas con geometrias complejas.

 

-Hierro modular o ductil

·Si al hierro gris se le añaden pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio, se produce en el material una microestructura y propiedades mecanicas muy diferentes a las del hierro gris.

·El grafito se forma en nodulos o particulas esfericas, rodeadas de perlita o ferrita, depeniendo del tratamiento termico.

·Las piezas resultantes son mucho mas resistentes y ductiles que las fabricadas en hierro gris.

-Hierro blanco

·Para hierros fundidos bajos en silicio ( menos del 1%) y velocidades de enfriamiento elevadas, la mayoria del carbono en la aleacion se forma como cementita en vez de grafito. La superficie de fractura de este material tiene un color blanquecino.

·Debido a la abundancia de cementita que poseen, son funciciones extremadamente duras pero tambien muy fragiles. Son practicamente imposibles de maquinar, su uso se limita a aplicaciones que requieren dureza y resistencia al desgaste sin grado de ductibilidad.

-Hiero maleable

·El hierro blanco se utiliza como material intermedio para la fabricacion del hierro maleable.

·Cuando se calienta el hierro blanco a temperaturas entre 800 y 900 ºC  por un periodo de tiempo prolongado y en una atmosfera neutra, la cemenita se descompone en grafito, el cual existe en forma de rosetas rodeados de una matriz de perlita o ferrita.

·La forma del grafito del hierro maleable produce una elevada resistencia y ductibilidad apreciable.

 

 

 

 

7.- Aleantes y características que aportan al acero.

-Aluminio: Se usa en algunos aceros de nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza en concentraciones cercanas al 1% y en porcentajes inferiores al 0,008% como desoxidante en aceros de alta aleación

-Boro: En muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,006%) aumenta la templabilidad sin reducir la maquinabilidad, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro.

-Cobalto: Muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la resistencia y la dureza en caliente. Es un elemento poco habitual en los aceros. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. Se usa en los aceros rápidos para herramientas y en aceros refractarios

-Cromo: Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, mejora la resistencia a la corrosion. Aumenta la profundidad de penetración del endurecimiento por tratamiento termoquímico como la carburacion o la nitruracion. Se usa en aceros inoxidables, aceros para herramientas y refractarios. También se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

-Molibdeno:Es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidablesausteníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión

-Niquel: Es un elemento gammageno permitiendo una estructura austenítica a temperatura ambiente, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho para producir acero inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosión.

-Plomo: El plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0,15% y0,30%.

-Silicio:Aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante.Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.

-Titanio:Se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades del acero a alta temperatura. Se utiliza su gran afinidad con el Carbono para evitar la formación de carburo de hierro al soldar acero.

-Tungsteno: También conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas.

-Vanadio:Posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas.

8.- Tratamientos térmicos. Explicar en base a diagrama Fe-C y desarrollar sus diagramas TTT.

Se denomina tratamiento térmico a la modificación de la microestructura de una aleación metálica (y a través de ella de sus propiedades) como consecuencia de la realización de calentamientos y enfrimientos controlados.En el caso de los aceros, se diferencian los tratamientos térmicos que no modifican la composición química del producto, de aquellos otros que incorporan nuevos elementos químicos en el interior de las piezas tratadas.

Cualquier tratamiento térmico consta al menos de tres etapas: calentamiento, mantenimiento a temperatura constante y enfriamiento.

-Tratamientos térmicos fundamentales

·Recocido: Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es ablandar el acero, eliminar tensiones o recristalizar el material. El recocido consiste en calentar adecuadamente la pieza y luego enfriarla de una forma tan lenta que semeje enfriamientos en condiciones de equilibrio, esto se logra si el enfriamiento se hace dentro del horno. Los tipos de recocido son:

– Recocido de ablandamiento:

Es un tratamiento termico utilizado para reducir los niveles de dureza de un acero a un valor especifico. Se requiere que el material sea calentado, y posterior mente enfriado muy lentamente en un horno. C. Esto se hace con la finalidad de producir un estado lo mas blando posible (para propositos de maquinado), donde la perlita u otros tipos de carburos laminares son esferoidizados, reduciendo el desgaste de la herramienta.

– Recocido de alivio de tensiones (estabilizado):

Para este tipo de recocido, el calentamiento se hace por debajo de la temperatura crítica inferior. Después de ser fabricada la herramienta, esta debe calentarse en toda su masa a 650ºC ñ 700°C por dos horas y sostener, el enfriamiento se hace lentamente hasta 500ºC y después al aire libre. Este enfriamiento es lento con el fin de aliviar tensiones internas sin producir variaciones esenciales en las propiedades mec·nicas existentes. También sirve para eliminar tensiones producidas por el mecanizado severo en piezas sensibles a la distorsión, aumentando la ductilidad del material

– Recocido de recristalizacion:

Este tratamiento, también conocido como recocido contra acritud, tiene por finalidad recuperar los granos deformados que se obtienen después de someter una pieza a deformaciones que pueden ser en frío o caliente. La temperatura a la cual se realiza este tratamiento es por arriba de 550°C y específicamente entre 550 y 650°C, donde ocurre la recristalizacion de la ferrita, es decir se forman nuevos granos libres de deformación

·Normalizado: Este tratamiento consiste en calentar las piezas a temperaturas ligeramente mas elevadas que la critica superior , para que pase al estado austenitico y luego después de un determinado tiempo de permanencia a esa temperatura, hacerle un enfriamiento en aire tranquilo. Es un tratamiento típico de los aceros al carbono de construcción de 0,15 %C a 0,40 % de C y rara vez se emplea en los aceros de herramientas, ni en los aceros aleados de construcción. De esta forma se deja el acero con una estructura y propiedades que arbitrariamente se considera como normales y características de su composición. Se suele utilizar para piezas que han sufrido trabajos en caliente, trabajos en frió, enfriamientos irregulares o sobrecalentamientos y también sirve para destruir los efectos de un tratamiento anterior.

·Temple:  Es el enfriamiento rápido del acero desde una temperatura elevada. En general, esto se logra sumergiendo la pieza en agua, aceite, sal o aplicando aire comprimido. Como resultado del temple, las partes deben desarrollar una microestructura aceptablemente dura (generalmente martensita), en el estado templado, y en las áreas criticas unas propiedades mecánicas mínimas. Luego de este tratamiento se recomienda revenir la piezas.

·Revenido: La estructura martensitica obtenida por temple es muy dura y frágil. Mediante el revenido es posible aumentar significativamente su resistencia al impacto, aun cuando se disminuye la dureza. El revenido consiste en calentar una pieza templada por periodos del orden de 1 a 3 horas a temperaturas menores que la de austenitizacion. Primero se calienta el acero a una temperatura levemente superior a la de austenitizacion , luego es enfriado rápidamente, de modo que no se corte la nariz de las curvas TTT, para formar una estructura martensitica. Posteriormente, el acero es recalentado a una temperatura inferior para obtener la dureza deseada.

·Tratamientos térmicos isotérmicos: Este tipo de tratamientos se realizan a temperatura constante de forma tal a obtener la microestruatura deseada, la cual puede ser consultada para un acero específico en su diagrama TTT. Los principales tratamientos isotérmicos son:

-Austempering o austemperado:

Es un tratamiento isotérmico que consiste en calentar el acero a la temperatura de austenitizacion y después de sostenerlo un determinado tiempo, enfriarlo rápidamente hasta una temperatura levemente superior en un baño de sal, este baño mantiene la temperatura de la pieza constante. La reacción a esta temperatura produce una estructura completamente bainitica, (bainita superior o inferior), luego el acero es enfriado al aire, hasta la temperatura ambiente. De este modo se logra una estructura dura pero no excesivamente frágil.

-Martempering o martemperado:

Este término describe un procedimiento de temple a alta temperatura cuyo objetivo es disminuir las grietas, distorsión o los esfuerzos residuales. No es un proceso de revenido (tempering), como lo indica su nombre y por eso tiende a llamarsele marquenching o martemplado.
Los principios del martempering se entienden mejor con un diagrama TTT . Como se observa, el proceso comprende tres etapas:

1. Se enfría desde la temperatura de austenizacion en un medio fluido caliente como aceite caliente, sales fundidas, metal fundido o lecho de partículas fluidizadas a una temperatura que debe estar por encima de Ms.

2. Allí se deja el acero hasta que la temperatura en toda la pieza sea uniforme sin que se produzcan transformaciones, pues la pieza continua siendo austenitica. Al ser extraída del baño, todavía debe estar plástica y se puede restaurar si ha sufrido alguna distorsión.

3. Seguidamente la pieza se enfría, generalmente en aire quieto, a una velocidad moderada para prevenir grandes diferencias entre la superficie y el centro de la pieza. De este modo la formación de martensita ocurre de un modo uniforme en toda la masa evitando la formación de excesivas tensiones residuales.

·Cementacion o Carburizacion: La cementacion es un procedimiento por medio del cual un acero de bajo carbono, 0,2% C o menos, se austenitiza en una atmósfera o en un ambiente rico en C, las condiciones dadas en este procedimiento permiten que el carbono difunda hacia el interior de la pieza, permitiendo a la austenita disolver altos porcentajes de este. La temperatura usual de cementacion es cercana a los 950ºC y la profundidad de capa obtenida por medio de este tratamiento depende del tiempo y de la dureza deseada. Una vez obtenida la capa exterior rica en C, esta se endurece por temple. Cabe señalar que la cementacion en lo posible debe usarse en aceros en los cuales no pueda crecer mucho el grano y se pueda templar directamente. Un acero cementado muestra las siguientes características dadas en la tabla:

·Nitruracion: Es un proceso para endurecimiento superficial de aceros aleados en una atmósfera constituida por una mezcla en proporciones adecuadas de gas amoniaco y amoniaco disociado. La efectividad de este proceso depende de la formación de nitruros en el acero por la reacción del N con ciertos elementos de aleación, principalmente Al, Cr y Mo. El N difunde en el acero y forma nitruros complejos.

Materiales metálicos

Teoría 6: Materiales metálicos

1.- Clasificación de los materiales metálicos

2.- Clasificación de los materiales metálicos

3.- Características físicas/químicas de los materiales metálicos

4.- Estructura interna de los materiales metálicos

5.- Pureza y aleaciones

6.- Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos

7.- Extracción, producción y reciclado de materiales metálicos

8.- Oxidación y corrosión

1.- Clasificación de los materiales metálicos

Los metales se pueden clasificar de diversas formas, pero la principal es en metales ferrosos y no ferrosos. En esta clasificación la presencia de hierro determina el material.

-Materiales ferrosos:

aquellos cuyo componente principal es el hierro.

ACEROS

Aleaciones de hierro y carbono que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación. Los aceros son sensibles al porcentaje de carbono, el cual normalmente es menor al 1%.

   -Aceros de bajo carbono:

· Son los que se producen comercialmente en mayor cantidad, bajo  costo de produccion.

·Generalmente contienen menos de un 0.25% de carbono.

· No responden a tratamientos térmicos que forman martensita.

· Su incremento en la resistencia puede lograrse mediante trabajo en frio.

· Su microestructura consiste en ferrita y perlita.

· Aleaciones relativamente suaves y debiles pero con una ductivilidad y tenacidad sobresalientes.  Maquinables y soldables.

-Aceros de alta resistencia y baja aleacion (HSLA):

·Subgrupo de los aceros al carbono bajo en en carbono.

·Contiene elementos de aleación como el cobre, vanadio, niquel y molibdeno en concentraciones combinadas de 10% o menos.

·Poseen mayor resistencia que los aceros al carbono.

·Pueden tratarse termicamente. Ademas son dúctiles, formables y maquinables.

·En condiciones normales, son mas resistentes a la corrosión que los aceros al carbono.

-Aceros de medio carbono:

·Tiene concentraciones de carbono entre 0.25 y 0.6%.

·Pueden ser tratados térmicamente por austenizado, templado y revenido.

·Al añadir cromo, niquel y molibdeno se mejora la capacidad de estas aleaciones de ser tratadas termicamente. Mayor resistencia que los aceros de bajo carbono, pero sacrificando ductilidad y tenacidad.

·Se utilizan en aplicaciones que requieren la combinación de elevada resistencia, resistencia al desgaste y tenacidad.

-Aceros de alto carbono:

·Su contenido varia entre 0.6 y 1.4%.

·Son los aceros mas duros, mas resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono.

·Casi siempre se utilizan revenidos, por ello tienen una resitencia al desgaste especial.

·Los aceros para herramienta caen dentro de la categoria de aceros de alto carbono. Contienen cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno.

-Aceros inoxidables:

·Poseen una resistencia elevada a la corrosion en una variedad de entornos.

·El elemento principal de la aleación es el cromo (al menos 11% de cromo en acero). La resistencia a la corrosión puede mejorarse al añadir niquel y molibdeno.

·Se dividen en :  martensitico, ferritico y austenitico.

·Los aceros inoxidables austeniticos y ferriticos solo pueden endurecerse por trabajo en frio.

·Los aceros inoxidables austeniticos son los que tienen mayor resistenciaa la corrosion debido a su alto contenido en cromo.

·Los aceros inoxidables martensiticos y ferriticos son magneticos, al contrario que los austeniticos.

FUNDICIONES

Son aleaciones ferrosas con un contenido de carbono superior al 2.1%. La mayoría de ellas entre un 3 y un 4.5% de carbono. Pasan a estado al  liquido entre 1150ºC  y 1300ºC, temperaturas mas bajas que las de los aceros.

Estas aleaciones son muy fragiles, siendo la fundicion la mejor forma de fabricar geometria con ellas.

La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y bajo ciertas circunstancias se descompone en ferrita y grafito. La formacion de grafito depende de la composicion quimica, rapidez de enfrimianto y la presencia de silicio en concentraciones mayores de 1%.

-Hierro Gris

·Contiene entre 2.5 y 4% de C y 1 y 3% de Si.

·El grfito existe en forma de hojuelas rodeadas de una matriz de perlita o ferrita. Debido a dichas hojuelas el material toma un color grisaceo.

·Mecanicamente, es mas debil y fragil en tension que en compresion, a consecuencia de su microestructura.

·Son aleaciones muy efectivas disipando energia de vibraciones. Posee una elevada resistencia al desgaste. Ademas , es muy fluido en estado liquido, lo cual permite fabricar piezas con geometrias complejas.

  

-Hierro modular o ductil

·Si al hierro gris se le añaden pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio, se produce en el material una microestructura y propiedades mecanicas muy diferentes a las del hierro gris.

·El grafito se forma en nodulos o particulas esfericas, rodeadas de perlita o ferrita, depeniendo del tratamiento termico.

·Las piezas resultantes son mucho mas resistentes y ductiles que las fabricadas en hierro gris.

 

-Hierro blanco

·Para hierros fundidos bajos en silicio ( menos del 1%) y velocidades de enfriamiento elevadas, la mayoria del carbono en la aleacion se forma como cementita en vez de grafito. La superficie de fractura de este material tiene un color blanquecino.

·Debido a la abundancia de cementita que poseen, son funciciones extremadamente duras pero tambien muy fragiles. Son practicamente imposibles de maquinar, su uso se limita a aplicaciones que requieren dureza y resistencia al desgaste sin grado de ductibilidad.

-Hiero maleable

·El hierro blanco se utiliza como material intermedio para la fabricacion del hierro maleable.

·Cuando se calienta el hierro blanco a temperaturas entre 800 y 900 ºC  por un periodo de tiempo prolongado y en una atmosfera neutra, la cemenita se descompone en grafito, el cual existe en forma de rosetas rodeados de una matriz de perlita o ferrita.

·La forma del grafito del hierro maleable produce una elevada resistencia y ductibilidad apreciable.

-Materiales no ferrosos:

aquellos materiales que no están compuestos por hierro.

Su clasificacion se basa en la densidad de los metales:

Metales no ferrosos pesados.  >5 kg/l 

-Estaño   Sn
·Mineral de origen: casiterita.
·Características
-Metal plateado.
– Bajo punto de fusión.
– No se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión
– Maleable y blando
– Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste del estaño. Al doblar una barra         de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la                   componen.
·Aleaciones y aplicaciones:
– Bronce: Cu y Sn. Se utilizan en fabricación de campanas y
engranajes.
– Soldadura blanda: Pb y Sn. Se utiliza para soldar componentes electrónicos.

-Hojalata: recubrimiento de una chapa de acero con capas finas de  estaño, para proteger al acero de la corrosión.

-Cobre  Cu

·Mineral de origen: calcopirita, calcosina, malaquita y cuprita.
·Características
– Color rojizo y brillo metálico
– Es uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata).
– Alta ductilidad y maleabilidad,
– No se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión
·Aleaciones y aplicaciones:
– Bronce: Cu y Sn. Se utilizan en fabricación de campanas y engranajes.
– Latón: Cu y Zn. Se utilizan en ferretería.
– Cuproaluminio: Cu y Al. Muy utilizadas en orfebrería y para trenes de aterrizaje de aviones.
-Cuproniquel: Cu y Ni.  Se utiliza en electrónica

-Cinc   Zn

·Mineral de origen: blenda y calamina.
·Características
– Metal de color blanco azulado
– El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido que aísla al metal y lo protege de            la corrosión.
-Presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío, pero entre 100 y 150 ºC es muy maleable.
·Aleaciones y aplicaciones:
– Latón: Cu y Zn. Se utilizan en ferretería.
-Alpaca: Cu, Ni y Zn. Son aleaciones resistentes a la corrosión marina. Se utilizan en fabricación naval, fontanería,                                     telecomunicaciones y ferretería.                                                                                                                                                                                                          – Zamak: Al, Cu y Zn. Se utiliza en fabricación de piezas de gran precisión, como en el caso de la automoción.                                           ·Otras aplicaciones:                                                                                                                                                                                                                                        -Chapas: canalones, cornisas, tuberías y recubrimientos de pilas.

– Galvanizado: baño de acero u otros metales en zinc fundido. Protege de la oxidación.

-Pinturas metalizadas con polvos de Zn, que protegen de la oxidación

-Plomo  Pb
·Mineral de origen: galena.
·Características
– Metal de color grisáceo blanco-azulado.
– Muy pesado, de elevada densidad.
– Maleable y blando.
– Funde con facilidad. (bajo punto de fusión).
– Se oxida con facilidad, formando una capa de óxido que lo autoprotege.
– Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico.
– Es muy tóxico.
·Aleaciones y aplicaciones:
– Soldadura blanda: Pb y Sn. Se utiliza para soldar componentes electrónicos                                                                                                                -Embalajes protectores de radiaciones.                                                                                                                                                                                              – Recubrimiento de baterías.                                                                                                                                                                                                                    – Pinturas al minio: con óxido de plomo, que protegen de la oxidación.

-Cromo  Cr
·Características
– Alta resistencia a la corrosión y oxidación, por lo que se utilizan para fabricación de acero inoxidable

-Níquel   Ni
·Características
-Alta resistencia a la corrosión y oxidación, por lo que se utilizan para fabricación de acero inoxidable

-Wolframio o Tungsteno   W

·Características
– Punto de fusión muy alto, por lo que se utilizan para filamentos de bombillas.
– Muy duros, por lo que se utilizan como herramientas de corte

Metales no ferrosos ligeros     2-5 kg/l

Aluminio   Al

·Mineral de origen: bauxita.
·Características
– Metal de color blanco-plateado.
-Muy ligero, de baja densidad.
-Alta resistencia a la corrosión
– Buen conductor de la electricidad y el calor
– Muy maleable y dúctil.
·Aleaciones y aplicaciones:
– Aluminio + Cobre (duraluminio) y Sn. Se utiliza para sartenes, llantas de coche, bicicletas, etc.
– Aluminio + Magnesio. Se utiliza para aeronaútica y automoción.
– Aluminio + Niquel + Cobalto. Se utiliza para potentes imanes
·Otras aplicaciones::
– Fabricación de cables eléctricos.
– Láminas para embalaje alimentario (papel de aluminio).
-Fabricación de latas y tetrabriks.

Titanio  Ti

·Mineral de origen: rutilo e ilmenita.

·Características
-Metal de color blanco-plateado.
– Muy ligero, de baja densidad. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz
– Alta resistencia a la corrosión y la oxidación
– Muy maleable y dúctil.
– Muy resistente a la tracción y muy tenaz.
·Aplicaciones:
– Industria aeronáutica y espacial.
– Construcción naval.
– Prótesis de diferentes piezas en medicina.
-Intercambiadores de calor en centrales eléctricas.
– Industria relojera.

Metales no ferrosos ultraligeros  <2kg/l

Magnesio  Mg

·Mineral de origen: carnalita, dolomita y magnesita.
·Características
– Metal de color blanco-plateado.
– Maleable y poco dúctil.
– Inflamable fácilmente
·Aleaciones y aplicaciones:
– Magnesio + Aluminio. Se utiliza para envases de bebidas y en la industria de automoción.

2.-Enlace metálico

Para explicar las propiedades características de los metales (su alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad, …) se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones:
Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na⁺, Cu²⁺, Mg²⁺. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.

Modelo interactivo

3.-Características físico-químicas de los materiales metálicos

-Su estado físico es sólido a excepción del mercurio que es líquido.

-Presentan un brillo característico en su superficie, lustre o brillo metálico

-Son dúctiles,se les puede transformar en alambres, y maleables, se pueden transformar en láminas.

-Son buenos conductores del calor (estructura atómica compacta) y la electricidad (nube de electrones)

-Son tenaces,la mayoría de ellos se resisten a la ruptura.

-Su densidad es elevada si se compara con las de los no metales.

-Se pueden hacer aleaciones,fundir y mezclar dos o más metales, ademas, tienen un punto de fusión alto.

-Su molécula está formada por un átomo.

-Sus átomos  tienen 1, 2 o  3 electrones que pueden participar en un enlace metálico.

-Al  ionizarse (proceso para  producir  iones;  átomos con  carga eléctrica) adquieren carga eléctrica positiva, es decir, tienden a         ceder electrones.

-Reaccionan fácilmente con no metales, ya que lo metales ceden electrones y los no metales los toman.

4.-Estructura interna de los materiales metálicos

Cuando los metales solidifican desde el estado fundido al estado sólido, los átomos se ordenan a si mismos de una manera peculiar para cada metal. A este arreglo se le llama red espacial. En 1912 ,Max Von Laue, descubrió que la disposición de las partículas (iones) en un sólido podía determinarse mediante rayos X, con esto se descubrió que: en la mayoría de los sólidos, las partículas que los componen se disponen en forma muy ordenada. Un sólido que posee sus partículas individuales dispuestas de esta manera se denomina «sólido cristalino»; los metales, las aleaciones y determinados materiales cerámicos tienen estructuras cristalinas.

La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos,
moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las
partículas:
• Estado amorfo: Las partículas componentes del sólido se agrupan al azar.
• Estado cristalino: Los átomos (moléculas o iones) que componen el sólido se disponen según un orden regular. Las partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de una red espacial geométrica tridimensional.

Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino se pueden representar situándolos en una red tridimensional,  que se pueden definir como una repetición en el espacio de celdas unitarias. La celda unitaria de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o prismas con tres conjuntos de caras paralelas

Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos:
– Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duros y muy frágiles, conductividad eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ej: NaCl (sal común)
-Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen ser transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No sufren deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan). Ej: Diamante
– Cristales metálicos: Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No son tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles. Hierro, estaño, cobre,…

Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red cristalina existen:
– Redes cúbicas sencillas: Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda unidad.
– Redes cúbicas centradas en el cuerpo (BCC): Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el cromo.
– Redes cúbicas centradas en las caras (FCC): Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de redes el oro, cobre, aluminio, plata,…
-Redes hexagonales compactas (HC): La celda unitaria es un prisma hexagonal con átomos en los vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el centro de la celda hay tres átomos más. En este caso cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.

·Redes BCC                                                                             ·Redes FCC

 Redes HC

-Redes espaciales de Bravais

   14 celdas unidad estándar pueden describir todas las unidades reticulares posibles     de puntos equivalentes en una red tridimensional.

5.-Pureza y aleaciones

La pureza de los materiales metálicos determina el porcentaje de mineral puro en una determinada cantidad de producto, ya sea antes ( mena del material) o después (lingote) de ser procesado.

En la naturaleza los metales no se suelen encontrar aislados, se encuentran combinados con otros compuestos, como por ejemplo el aluminio–>  Bauxita:  (donde x pude ser O o  1) El aluminio se obtiene tras una serie de procesos físicos y químicos.  Entre el 45 y 60% de la bauxita es valida para su conversión en alúmina y posteriormente en aluminio refinado.

Las aleaciones son la mezcla de un metal principal con otros elementos para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal puro. Variando la composición de las aleaciones se puede conseguir un rango de propiedades diferentes para un amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, pequeñas cantidades de Berilio en Cu metálico aumenta mucho la dureza y resistencia.

El acero y otras aleaciones férreas son las más consumidas debido a la gran variedad de propiedades que presentan, a la facilidad en su producción y al bajo coste de fabricación. En ellas la proporción final de carbono (principalmente) es la que determina las cualidades del acero resultante. Un 0.25% de carbono en la aleación ya cambia por completo el comportamiento del acero; el rango de carbono en los acero varia de casi el 0% al 2% y con ello se crea una gran gama de aceros.

-Aleaciones comunes:

·Acero: (ver clasificación de los materiales metálicos)

·Los latones son la aleación de cobre más común. Contienen Cu como disolvente y Zn como soluto, variando su concentración entre el 20 y el 50 %.

·Los bronces son aleaciones de cobre con estaño, y pueden contener otros elementos.  Estas aleaciones son más resistentes mecánicamente y a la corrosión que los latones.

·Aleaciones de aluminio: El aluminio y sus aleaciones se caracterizan por la baja densidad (2.7 g/cc comparada con 7.9 g/cc del acero), alta conductividad eléctrica y térmica, y buena resistencia a la corrosión de determinados medios como el atmosférico.Las aleaciones de aluminio suelen contener Cu, Mn, Mg, Si, Zn y Li en proporciones variables entre el 0.1 y el 5 %.

·Aleaciones de magnesio:  La característica más sobresaliente del magnesio es su baja densidad, 1.7 g/cc. La menor de los metales estructurales, y por tanto sus aleaciones se utilizan por su bajo peso en componentes de aviones principalmente.Las aleaciones suelen contener Al en una proporción cercana al 10 % y Mn y Zn en proporciones variables entre 0.5 y 5 %. Las aplicaciones principales son en la fabricación de componentes de aviones y misiles, así como en la fabricación de maletas y llantas de aleación para ruedas de automóviles.

·Aleaciones de titanio:  El titanio y sus aleaciones son nuevos materiales que poseen una extraordinaria combinación de propiedades. Sus aleaciones son muy resistentes, y a la vez dúctiles y fácilmente forjables y mecanizables. La principal limitación del titanio es su reactividad química a elevada temperatura con otros materiales. La resistencia a la corrosión a temperatura ambiente es extraordinariamente elevada, suelen ser inalterables a la atmósfera, al ambiente marino y a la mayoría de los industriales. Se utilizan en estructura de aviones, vehículos espaciales, y en la medicina.

·Metales refractarios:  Se denominan así los metales con temperaturas de fusión extremadamente elevadas. Este grupo esta constituido por los metales Nb, Mo, Ta y W. Los puntos de fusión varían entre los 2468 °C del Nb y los 3410 °C del W. Los enlaces interatómicos son muy fuertes lo que se refleja en los elevados puntos de fusión y módulo elástico, y alta dureza y resistencia.

6.-Breve historia de la humanidad y los metales

El paso entre el paleolítico y el neolítico es considerado un paso relevante en el desarrollo de la especie humana. Es en esta etapa en la que el ser humano se fue haciendo capaz de construir espacios urbanos cerca de las fuentes de agua, aprendió a cultivar la tierra y a domesticar animales. Al final del paleolítico, el ser humano descubre los metales, que dieron un importante impulso a su desarrollo, marcando el paso de la Edad de Piedra a la Edad de los Metales.

El descubrimiento y la utilización de los metales fue uno de los acontecimientos más influyentes en el desarrollo cultural de la humanidad.A fines del paleolítico, hacia el año 4.000 a.C., en el cercano oriente, el ser humano descubrió los metales, dando inicio a la edad de los metales. En un comienzo, fue mezclando elementos como la madera, el marfil, la piedra y la arcilla con diversos metales, lo que le permitió perfeccionar la elaboración de sus adornos, utensilios, herramientas y accesorios de caza, reemplazando a la manufactura lítica de instrumentos, como hachas, puntas de flecha, cuchillos, etc.

-Edad de cobre

No se sabe con exactitud cuál fue el primer metal trabajado, pero el más importante y difundido fue el cobre.Al parecer, el proceso de trabajar los metales, fue descubierto al mismo tiempo que se controlaba el uso del fuego y se descubrían sus posibilidades. Comienza, de esta forma, la metalurgia del cobre a través del fuego.

-Edad de bronce

La edad de bronce se inicia cuando las sociedades más complejas que fueron emergiendo y consolidándose
idearon combinar el cobre con el estaño, resultando el bronce. Este período se prolongó en Europa
occidental desde el 2.000 hasta el 1.000 a. C. El bronce alcanzaría un notable auge, pues las más diversas sociedades de la Antigüedad lo tuvieron como su metal preferido, tanto para la ornamentación como para sus instrumentos y utensilios cotidianos.

-Edad de hierro

En este periodo, los avances en metalurgia alcanzaron niveles insospechados y, dado que el hierro es un metal difícil de trabajar, sólo pudo desarrollarse en sociedades más complejas.

La metalurgia del hierro implicaba la necesidad de ser un pueblo adelantado, con ordenamiento social y estatal, pues era necesario el trabajo en grupo. Los pueblos del cercano Oriente y del mediterráneo lo usaron para la fabricación de armas, moldes, escudos, monedas, vasijas y joyas, como las encontradas en las tumbas egipcias. Se destacan, en esta edad, las espadas, que primero fueron de bronce y posteriormente de hierro.

-Edad antigua (comprende las tres anteriores)

En esta larga etapa de la historia se desarrollan en torno al mar Mediterráneo las culturas clásicas, precursoras de la sociedad actual. Mesopotamia, Egipto, las Polis griegas y Roma serian las facciones mas influyentes de la época.  La metalurgia del bronce y el acero revolucionaron la forma de vida de la época.

En el ámbito bélico, el bronce predomino en la primera parte de esta Edad, espadas, falcatas, lanzas, picas, corazas y cascos estaban hechos de aleaciones de cobre.

Posteriormente la calidad del hierro se impuso. Roma baso su maquinaria bélica en el hierro, ejércitos profesionales equipados con lo mejor de la época. Cada legionario estaba armado con un gladius, un pilum (lanza/jabalina), un pugio (daga), ademas de estar protegido por una cota de malla o una armadura de placas, casco y un escudo de madera chapado en cobre o hierro.

Por otro lado, unas herramientas mas duras y resistentes permitieron la construcción de las grandes maravillas arquitectónicas de la antigüedad, las pirámides de Egipto, el partenon de Atenas, el coliseo romano, …

La agricultura y el comercio evolucionaron con los nuevos metales, el arado facilito el cultivo y la moneda introdujo una nueva forma de intercambio comercial.

-Edad Media

Durante los primeros siglos medievales, la salida de metal estaba en una disminución constante y restricción de las actividades en pequeña escala. A finales del siglo noveno, las condiciones económicas y sociales, que dictan la necesidad cada vez mayor de metales comenzaron a favorecer la metalurgia y se observó un progreso general lento pero constante. Sitios de fundición se multiplicaron y las nuevas minas fueron descubiertas y explotadas.

El período inmediatamente después del siglo 10, marque la aplicación generalizada de una serie de innovaciones en el ámbito de las estrategias de minería y tratamiento de minerales y, en consecuencia, el cambio a gran escala y una mejor calidad de la producción. Mineros y metalúrgicos medievales tuvieron que encontrar soluciones a los problemas prácticos que la producción de metal antiguo limitada, con el fin de corresponder suficientemente a las llamadas de aquellos tiempos.

Los metales básicos como el cobre, plomo, zinc, estaño y hierro, metales preciosos y sus aleaciones, como el latón, bronce y estaño se produjeron en Europa Central.

-Edad Moderna

No fue sino hasta 1740 que el mundo occidental redescubrió el método del crisol para producir acero. En el siglo XVIII se desconocía el motivo por el cual el hierro forjado, el acero y el arrabio eran distintos. No fue sino hasta 1820 cuando Kersten planteó que era el contenido de carbono la razón de sus diferencias. El primer método para determinar con precisión el contenido de carbono en el acero fue desarrollado en 1831 por Leibig.

-Edad Contemporánea

La Edad Contemporánea está marcada , en general , por el desarrollo y la consolidación del sistema capitalista Occidental durante las Revoluciones Industriales, y por consecuencia por las disputas de las grandes potencias europeaspor territorios, materias primas y mercados consumidores.

La causa mas importante para el desarrollo de la Revolución Industrial fue la aparición de maquinas de vapor.

A partir del año 1860 un conjunto de nuevas transformaciones técnicas y económicas producían grandes cambios en el proceso de industrialización y se extendió hasta el inicio de la Primera Guerra Mundial.

Entre las invenciones que marcaron el inicio de la Segunda Revolución industrial fueron: El proceso de Bessemer de transformar el hierro en acero(inventado por el ingles Henry Bessemer); la dinamo, cuya invención creo las condiciones para la sustitución del vapor por la electricidad . El «oro negro» Petróleo paso a ser utilizado como fuerza motriz en navíos y locomotoras.

En la industria siderúrgica se aplicaron las siguientes innovaciones tecnológicas:

a)     En 1709, Abraham Darby hizo posible el uso de la hulla en la industria gracias a su conversión en carbón de coque. La hulla era sometida a un proceso de calcinación parte eliminar sus impurezas en fósforo y azufre.

b)     Más adelante, entre 1784 y 1785, se descubrió el pudelado, un proceso de conversión del hierro dulce en colado, quemando parte de su carbono. En un horno el hierro fundido era atizado, batido y descarburado para obtener un hierro con menos impurezas y de mayor calidad.

Posteriormente, La 1ª y 2ª Guerra Mundial potenciarían la industria bélica de las facciones occidentales y algunas de las orientales. Con este desarrollo se perfeccionaron otros campos, como la metalurgia, la medicina y la aeronáutica.

7.- Extracción, producción y reciclaje de metales

-Aluminio

El aluminio se puede extraer de la bauxita, por los siguientes procesos:

-Mediante el proceso Bayer se transforma la bauxita en alúmina.

-Mediante electrolisis se transforma la alúmina en aluminio.

La bauxita se extrae de un yacimiento a cielo abierto, sin voladuras. Se obtiene directamente de los yacimientos con palas que arrancan y cargan en camiones el mineral para su procesado. Posteriormente, pasa un proceso de trituración y molienda por vía húmeda. Se reducirá la bauxita a un tamaño de grano inferior a los 700 micrones. En los trituradores la bauxita se transforma en una pasta que fuye hacia los molinos de gravedad.

Se emplea el proceso Bayer para obtener alumina lo mas pura posible. Consiste en la solubilizacion de los oxidos de aluminio tratando la bauxita pulverizada con sosa caustica a alta temperatura y bajo presion.

La sosa disuelve los minerales de aluminio, pero o los otros componentes de la bauxita, que permanecen solidos. Duespues del sedimentado y filtrado, al enfriar precipita hidróxido de aluminio que se separa, deshidrata y calcina ara producir alúmina calcinada.

Como resultado de estos procesos se producen residuos, lodos rojos que son contaminantes del medio ambiente por su concentracion de soda caustica y metales. Mediante un proceso de lavado se puede recuperar gran parte de la sosa bajando el pH hasta lo admisible.

La alumina obtenida producira aluminio mediante electrolisis en tinas electroliticas llamadas celdad reductoras. Estas tinas funcionan con un baño de ciolita, el anodo es un electrodo de carbon y el catodo es la propia tina. El aluminio obtenido de las celdad reductoras es moldeado y procesado en hornos de concentracion para la obtencion de alumino de alta calidad.

Estos mismos hornos puden ser empleados para el reciclaje de aluminio. El aluminio puede ser procesado una y otra vez sin que se pierda su calidad. Para la produccion de cada kilogramo de alumino se requiere 2kg de bauxita y a su vez 4kg para producir esos 2kg de alumina.

Reciclando un kilogramo de aluminio se pueden ahorrar 8kg de bauxita, 4kg de productos kimicis y 14 Kw/h de electricidad.

Hierro y acero

La mena principal usada en la producción de hierro y acero es la hematita (Fe203), otras menas incluyen la magnetita, la siderita  y la limonita. Las menas de hierro contienen de un 50 a un 70% de hierro, dependiendo de su concentración; la hematita contiene casi 70% de hierro. Además, hoy se usa ampliamente la chatarra como materia prima para la fabricación de hierro y acero.

Las otras materias primas que se necesitan para reducir el hierro de sus menas, son el coque y la piedra caliza. El coque es un combustible de alto carbono, producido por el calentamiento de carbón bituminoso en una atmósfera con bajo contenido de oxígeno durante varias horas, seguido de una aspersión de agua en torres especiales de enfriamiento. La coquificación del carbón mineral deja, como subproducto, gas de alto poder calorífico, que es utilizado como combustible en los diversos procesos subsiguientes. El coque desempeña dos funciones en el proceso de reducción:
1) Es un combustible que proporciona calor para la reacción química y
2) produce monóxido de carbono (CO) para reducir las menas de hierro.

La piedra caliza es una roca que contiene altas proporciones de carbonato de calcio (Ca CO 3). Esta piedra caliza se usa en el proceso como un fundente que reacciona con las impurezas presentes y las remueve del hierro fundido como escoria.

Para producir hierro, se alimenta por la parte superior de un alto horno una carga con capas alternadas de coque, piedra caliza y mineral de menas de hierro. Un alto horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral.

La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno.

Desde la parte baja de la cámara se inyecta por toberas una corriente de gases y aire precalentados a 900 °C a gran velocidad para realizar la combustión y la reducción del hierro efectuándose la combustión completa del coque que adquiere temperaturas máximas entre 1700 a 1800 °C.

El hierro fundido escurre hacia abajo, acumulándose en la base del alto horno. El hierro fundido de primera fusión, o arrabio se vacía periódicamente. Los lingotes se someten a una operación de enfriamiento para convertirse mediante procesos metalúrgicos posteriores, en: hierro fundido de segunda fusión, hierro dulce, hierro maleable o bien acero.

Funcionamiento de los altos hornos

Obtención de acero

Cobre

Titanio

8.- Oxidación y corrosión

En los materiales metálicos, el proceso de deterioro se llama oxidación y corrosión.En el deteriores de materiales podemos distinguir dos procesos:

– Oxidación directa: Resulta de la combinación de los átomos metálicos con los de la sustancia agresiva. Ejemplos:

2 Fe + O2 2 FeO (herrumbre-óxido) (oxidación por oxígeno como causa) →Fe + S FeS (sulfuro) (oxidación por azufre como causa)

Esto lleva a que el metal, con el tiempo, pase de tener un estado libre (puro) a tener un estado combinado con otros elementos (óxidos, carbonatos, sulfatos,…)En este caso, los productos de la reacción quedan adheridos a la superficie del metal. En algunos casos, se forman películas protectoras que los aislan del agente corrosivo. El caso más corriente es el ataque por oxígeno. En este caso, sobre el metal se forma una capa de óxido que, en algunos casos autoprotege al metal de una mayor oxidación.

En los procesos de oxidación, los metales pasan de su estado elemental a formar iones positivos (cationes) por pérdida de electrones.

M –> M^(n+) +  n e-

siendo n el número de electrones que se pierden. A esta reacción se le llama reacción de oxidación o reacción anódica. El proceso de oxidación se acelera si la temperatura de eleva.

-Corrosión electroquímica o corrosión en líquidos. En este caso, el metal es atacado por un agente corrosivo en presencia de un un electrolito. (Un electrólito o electrolito es cualquier sustancia, normalmente líquida, que contiene iones libres, que se comportan como un medio conductor eléctrico. Normalmente un electrolito es una disolución, en la que el disolvente suele ser agua y el soluto otra sustancia).

El metal actúa como ánodo (polo positivo) y, por lo tanto, se disuelve. Así, el electrolito actúa como medio conductor a través del cual viajan las cargas que abandonan los electrones del ánodo que se corroe, el metal.

 

 

Propiedades físico-mecánicas de los materiales

Teoria 5: Propiedades físico-mecánicas de los materiales

Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten diferenciar un material de otro ya sea por su composición, estructura o comportamiento ante algún efecto físico o químico. En base a su estructura molecular un material tendrá una serie de características físicas y químicas especificas.

La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias y desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que actúan sobre ellas, así entonces  nos basaremos en dicha materia para saber de que se trata cada uno de estos efectos físicos, aplicados en diferentes estructuras, formas y materiales.

1.-Elasticidad

Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaño y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad varía mucho en los diferentes materiales que existen. Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario más allá del cual, el material no recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le conoce como Límite Elástico.

En virtud de este punto de vista, podríamos decir que, por ejemplo entre un caucho y una cuerda de piano; el caucho es menos elástico que la cuerda de piano; puesto que, aunque la cuerda de piano, es más difícil de estirar (deformar), ella puede alcanzar la forma original después de deformada; en tanto que el caucho no la alcanza.

-Ley de Hooke

El comportamiento de los cuerpos o sistemas respecto a sus propiedades elásticas, no es igual en todo el rango de deformación producido por las fuerzas externas; experimentalmente se ha encontrado que la relación entre la fuerza y la deformación para pequeñas deformaciones, es lineal. La magnitud del rango en que los sistemas presentan comportamiento lineal es muy variado; y podemos decir que, cada sistema tiene su propio rango; pues esta asociado con sus propiedades.

-Ensayo de traccion

2.-Plasticidad

Esto todo lo contrario  a la elasticidad. Un material completamente plástico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasionó la deformación. Cuando en un material se supera el limite elástico de dicho material, comienza a deformarse plásticamente; dependiendo de las cualidades del material que se solicita, puede deformarse progresivamente (plastilina) o puede romperse al pasar del limite elástico (vidrio).

Esta cualidad es típica de los metales y de los polímeros. Los metales reaccionan a solicitaciones crecientes primero con deformaciones reversibles del retículo cristalino dentro del ámbito de un comportamiento elástico y, luego, con desplazamiento de los planos en el interior del retículo, pero siempre en los límites de una elasticidad cristalina; una vez alcanzada la carga de enervación, el material se comporta plásticamente. La plasticidad de los metales se aprovecha en trabajos de deformación plástica, por ejemplo, en la producción de láminas o en la fabricación de tubos mediante extrusión.

-Ensayo de plasticidad (0:50 – 2:00)

3.-Dureza

La dureza mide la resistencia que un material ofrece cuando se intenta ser deformado plasticamente. Entre mas duro sea el material, mas cuesta deformarlo plasticamente. La dificultad parra deformar plasticamente al material se mide en función de la fuerza aplicada. Cuanta mayor fuerza se tenga que aplicar para producir una deformación, mayor es la dureza de un material. También se entiende la dureza como la  resistencia del material a ser rayado por otro material.

-Escala Mohs

 

-Ensayos de dureza:

·Dureza Vickers (HV)

Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor.

El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida la diagonal d de la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kgf) y el área de la superficie lateral de la impresión.

·Dureza Rockwell (HR-)

La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo.

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.

El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante.

·Dureza Brinell (HB)

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilogramos fuerza. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su huella se convierte en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición, siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.

·Dureza Knoop (HK)

Es una prueba de microdureza, un examen realizado para determinar la dureza mecánica especialmente de materiales muy quebradizos o láminas finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeñas para realizar la prueba. El test consiste en presionar en un punto con un diamante piramidal sobre la superficie pulida del material a probar con una fuerza conocida, para un tiempo de empuje determinado, y la hendidura resultante se mide usando un microscopio.

4.-Fragilidad

Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía, a deferencia de la rotura dúctil, además de que el intervalo plástico es muy corto y por tanto , sus limites elásticos y de rotura.

5.-Resistencia 

Es la capacidad de resistir a las roturas ante esfuerzos bruscos o impactos. Dicha resistencia puede ser:

-A la compresión: es el máximo esfuerzo que un material rígido puede resistir bajo compresión longitudinal.

·Ensayo de compresión: En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede                       realizarse sobre cualquier material.

-A la flexion: La resistencia a la flexión estática, también conocida como módulo de rotura, representa el máximo esfuerzo desarrollado en la superficie de la probeta en forma de barra, soportada cerca del extremo y cargada en el centro hasta que ocurra la falla.

·Ensayo flexion: El parámetro más importante que se obtiene de un ensayo de flexión es el módulo de elasticidad.

-Al impacto: representa la resistencia o tenacidad de un material rígido a la repentina aplicación de una carga mecánica.

·Ensayo de impacto: El impacto es convenientemente obtenido por la caída de un péndulo. La probeta se mantiene de forma tal                 que sea rota por un simple vaivén. Dos tipos principales de máquinas de ensayo son usadas:
-La Izod en la cual una barra es fijada por un extremo como una viga en voladizo vertical y golpeada a una dada distancia                            encima de una especificada muesca, a través de la barra.

-La Charpy, donde la probeta esta en forma horizontal y soportada cerca de cada extremo y golpeada en el centro.

6.-Resiliencia

Mediante la resiliencia se mide el grado de tenacidad o de ductilidad del acero a una determinada temperatura (generalmente, se establecen valores de resiliencia a temperatura ambiente, a 0ºC, o a temperatura de -20ºC).

El ensayo que proporciona el dato de la resiliencia del acero consiste en el ensayo de flexión por choque sobre una probeta Charpa, que es una probeta entallada de medidas normalizadas según la UNE 7475-1:1992. Mediante dicho ensayo, la resiliencia, medida en julios (J), se determina a una temperatura prefijada. Frecuentemente, las normas de producto exigen que las probetas absorban una energía de impacto mayor que 27 J a una temperatura de ensayo prefijada. A dicha temperatura se le denomina entonces T27J.

Para la realizacion de dicho ensayo se emplea el test de Charpy, descrito en el punto anterior.

De tal forma, los aceros se suelen designar identificando su tipo mediante la siguiente nomenclatura que hace referencia a su límite elástico y grado (referencia a la resiliencia), según el formato siguiente:

S YYY XX,

donde,

YYY indica el límite elástico (en N/mm²)

XX indica las especificaciones de resiliencia de los distintos grados de acero de acuerdo a la siguiente tabla:

Grado	Temperatura de ensayo (ºC)	Resiliencia (J)
		t ≤ 150	150 < t ≤ 250	250 < t ≤ 400
JR	20	27	27	–
J0	0	27	27	–
J2	-20	27	27	27
K2	-20	40	33	33

   (siendo t, el espesor nominal de la pieza en mm)

7.-Fatiga

La fatiga es el proceso de cambio estructural permanente, progresivo y localizado que ocurre en un material sujeto a tensiones y deformaciones variables en algún punto o puntos y que produce grietas o la fractura completa tras un número suficiente de fluctuaciones. El 90% de las piezas que se rompen en servicio fallan debido a este fenómeno.

8.-Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales.

Relacionada con la conductividad eléctrica esta la resistividad eléctrica, que es la resistencia que pone un material conductor al paso de la corriente.

El movimiento de electrones por un conductor produce fenómenos magnéticos. Entorno a un conductor por el que pasa corriente se produce un campo magnético, lo cual permite el desarrollo de numerosas aplicaciones (electroimanes, calefacción, relés, dinamos, …)

 

9.-Conductividad térmica

La Conductividad Térmica es la propiedad física de cualquier material que mide la capacidad de conducción del calor a través del mismo.

La magnitud inversa de la conductividad térmica es la resistencia térmica (capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor).

La conductividad térmica es una capacidad elevada en los metales y en general en cuerpos continuos, y es más baja en los gases, siendo muy baja en algunos materiales especiales tales como la fibra de vidrio, denominados por ello, aislantes térmicos.

 

 

13.-Maleabilidad

Es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a ser labrados por deformación, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. El elemento conocido más maleable es el oro, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. También presentan esta característica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el aluminio.

14.-Ductilidad

Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza.

15.-Tenacidad

Resistencia a la rotura o deformación ante esfuerzos de aplicación progresiva, es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la ruptura, por la presencia de una carga.

-Enlace a PDF sobre propiedades físico-mecánicas de los materiales:

Haz clic para acceder a propiedades_mecanicas1.pdf

-Ejercicio interactivo de las propiedades físico-mecánicas de los materiales:

http://iesmonre.educa.aragon.es/dep/tecno/recursos/propiedades_materiales.html

Teoria 4: Procesos fabriles

1. Calderería
2. Conformado frío manual
3. Estampación
4. Extrusión
5. Forjado
6. Fundición
7. Inyección
8. Laminado
9. Mecanizado con arranque de viruta
10. Sinterizado
11. Tratamientos Térmicos
12. Trefilado

1.- Calderería

La calderería es una especialidad profesional de la fabricacion mecanica que tiene como función principal la construcción de depósitos aptos para el almacenaje y transporte desolidos en forma de granos o aridos, líquidos y gas; así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas. Muchos de estos depósitos reciben el nombre de silos y cisternas. El material más común que se trabaja en calderería es el acero laminado y vigas en diferentes aleaciones, formas y espesores.

La soldadura de los componentes tiene una gran importancia para la calidad final del producto.

2.-Conformado frió manual

Es un proceso de fabricación donde el metal es conformado a temperatura ambiente, normalmente sin necesidad de quitar o rebajar material al producto. Se aprovecha la elasticidad y plasticidad del metal para darlo forma mediante una serie de prensas, extrusoras y otra maquinaria.

Históricamente, se trata de un proceso basado en la experiencia y en el conocimiento del metal, sin embargo las nuevas tecnologías han facilitado el conformado.

Conformado manual V.S. Conformado mecanizado (0.50 – 3:00)

Este proceso de fabricación ofrece una serie de ventajas respecto a otros procesos:

-Ahorro de  material: de mas de un 70% respecto a otros procesos mecánicos tradicionales

-Mejora de las características del producto: el proceso incrementa la resistencia estructural del producto.

-Mejora del acabado de la superficie del producto:  en comparación con otros procesos.

-Reducción del coste de fabricación: por la rápida fabricación de los productos

3.-Estampación

Fabricación de piezas mediante la presión de un molde sobre una plancha de materia prima. Al cesar la presión del molde, a pieza adquiere una determinada forma según las matrices utilizadas. Es el método utilizado para conformar las piezas de la carrocería.

El estampado es una de las tareas de mecanizado más fáciles que existen, y permite un gran nivel de automatismo del proceso cuando se trata de realizar grandes cantidades de un producto.

Bajo el nombre genérico de estampado se encuentran otras tareas parecidas que se realizan en las chapas de los metales que se llaman, embutición y troquelado.

Se denomina embutición al proceso de conformado en frío de los metales, por el que se transforma un disco o piezas recortada, según el material, en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura.

El troquelado es una herramienta empleada para dar forma a materiales sólidos, y en especial para el estampado de metales en frío.

4.-Extrusión

La extrusión es un proceso por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal. Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos, y una variedad de formas en la sección transversal. Se puede hacer en frio y en caliente.

Los tipos de extrusión dependen básicamente de la geometría y del material a procesar. Existe el proceso de extrusión directa, extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en caliente para metales (a alta temperatura). En la extrusión directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que será comprimido por un pistón, al ser comprimido, el material se forzará a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometría del dado.

(Extrusión por impacto)

5.-Forjado

El forjado es la aplicación de esfuerzos de compresión que obligan al metal a tomar cierta forma. Este esfuerzo puede ser aplicado manual o hidráulicamente por maquinas. Este proceso puede realizarse en frio o caliente, pero una gran mayoría se hace en caliente por factores como la facilidad y costo que involucra la deformación, la producción con ciertas propiedades y acabado superficial.
Existen dos clases de procedimientos de forjado: forjado por impacto y forjado por presión. En el primero, la carga es aplicada por impacto y la deformación tiene lugar en un corto tiempo. Por otra parte, en el forjado por presión, se involucra la aplicación gradual de presión para lograr la cedencia del metal. El tiempo de aplicación es relativamente largo.

El forjado por impacto:
a) Forjado de herrero.
Es el forjado que se veía antiguamente, en el cual el herrero ayudado de sus herramientas, martillaba el metal hasta el punto requerido.

(16:30 – 18:00)

b) Forjado con martinete.
A comparación del forjado de herrero, solo se reemplaza la fuerza limitada del herrero. En este proceso, la fuerza la hace un martillo mecánico o de vapor.

c) El forjado por presión:
En este proceso la prensa no es mecánica, ahora la prensa es hidráulica. Donde un cilindro hidráulico mueve un mazo verticalmente con cierta presión según las consideraciones necesarias para dar la forma al material

6.-Fundición

La fundición de metales es el proceso de fabricación de piezas mediante el colado del material derretido en un molde. El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido. El proceso comienza con la elaboración del modelo que es la pieza que se desea reproducir; cuando la producción es en masa se la maquina en metales “blandos” como el aluminio. Este procedimiento de fabricación se aplica para producir piezas (moldeadas por colada). Para el moldeo por colada se usa un molde que corresponda a la configuración de la pieza deseada. Los moldes para la colada pueden ser: moldes permanentes y moldes no permanentes

Molde permanente                                                Molde desechable de arena comprimida

Tipos de fundición:

-Fundición gris: La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.

El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.

El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.

-Fundición nodular: La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena resistencia y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial.

Este tipo de fundición se caracteriza por que en ella el grafito aparece en forma de esferas minúsculas y así la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar, esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria.

-Fundición maleable: Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy difícil de maquinar.

-Fundición blanca: Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido, siguiendo el diagrama hierro-cementita metaestable ; durante el enfriamiento, la austenita solidifica a partir de la aleación fundida en forma de dendritas. A los 1130°C el líquido alcanza la composición eutéctica (4.3%C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. Este eutéctico aparece en su mayor parte como cementita blanca que rodea las dendritas de forma de helecho.

La fundición blanca se utiliza en cuerpos moledores por su gran resistencia al desgaste, el enfriamiento rápido evita la grafitización de la cementita pero si se calienta de nuevo la pieza colada a una temperatura de 870°C el grafito se forma lentamente adoptando una forma característica conocida como carbono de revenido, resultando la fundición maleable.

Proceso de fundición, de la mena al lingote:

7.-Inyección

El moldeo por inyección de polvos es una tecnología pulvimetalúrgica avanzada de conformado de materiales que combina las ventajas del moldeo por inyección de plásticos y la tecnología de polvos. Su finalidad es la producción de componentes metálicos o cerámicos, partiendo de polvos y empleando un sistema ligante como medio de transporte para el conformado de las piezas, utilizando un proceso de sinterización.

Esta técnica tiene su origen en los años veinte, pero no fue hasta 1979 cuando apareció la primera aplicación industrial. Se trata de la empresa Parmatech, en California (Estados Unidos). A partir de esta fecha, empezó a conocerse debido a su aplicación en la fabricación de piezas para aviones y cohetes. Durante la década de los noventa, se fue consolidando como una alternativa idónea para la fabricación de componentes de altas prestaciones  y tuvo su momento de auge en Europa, tanto en el ámbito industrial como científico que le han convertido en una tecnología de procesado sumamente interesante para la fabricación de piezas de diferentes sectores.

Actualmente, el PIM permite obtener piezas con mejores propiedades mecánicas que con los procesos pulvimelúrgicos tradicionales. Las principales ventajas que aporta son:

-Mejores propiedades finales y densificación uniforme: debido a que la densificación que se consigue está entre el 95% y el 99%, se mejoran las propiedades mecánicas, como la resistencia al desgaste, dureza, etc.

-Diseños más complejos: al ser un proceso de inyección real, se pueden fabricar piezas con geometrías complicadas, como ranuras, muescas, roscas, superficies curvas, etc.

-Bajo coste: cuando se fabrican mediante PIM grandes volúmenes de producción en poco tiempo, el coste queda rápidamente amortizado. Además las piezas suelen tener un alto valor añadido, no hay pérdidas de material porque puede ser reutilizado y no hace falta aplicar ninguna operación secundaria.

-Estrechas tolerancias: se obtienen tolerancias de hasta ± 0.3% sin necesidad de mecanizado.

-Acabado superficial:  se obtienen piezas con acabados superficiales medios de 1µm.

-Aplicabilidad: se puede aplicar esta tecnología a gran variedad de materiales, no solo metálicos, sino también plásticos.

-Automatización: es un proceso fácilmente automatizable, aunque requiere una gran inversión.

(0:30 – 1:00)

8.-Laminado

Conformado por el cual se hacen pasar al metal por trenes de rodillos paralelos que le dan una forma progresivamente mas parecida a la deseada.

El laminado se utiliza en los procesos de fabricación de los aceros, aluminio, cobre, magnesio, plomo, estaño, zinc, y sus aleaciones. Casi todos los metales utilizados en la industria, han sufrido una laminación en alguna etapa de su conformación.

-Diferencia entre laminado frio y caliente:

-Caliente: El acero laminado en caliente se produce cuando los fabricantes de acero calientan y presionan el metal a través de rodillos industriales que manipulan el metal de acuerdo con ciertas especificaciones. El metal caliente es más maleable, y por lo tanto más fácil de trabajar. Los fabricantes utilizan el laminado en caliente para lograr una superficie, espesor y propiedades mecánicas uniformes. El acero laminado en caliente se utiliza en la producción de los siguientes grados de acero: acero comercial, acero para moldear, acero de calidad estructural y acero de medio/alta resistencia y baja aleación.

-Frío: El acero laminado en frío se produce cuando el acero que se ha creado durante el laminado en caliente se deja enfriar antes de que se enrolle a su forma final. El acero laminado en frío está disponible en un menor número de formas y tamaños que los laminados de acero en caliente debido a que la durabilidad del acero se ve afectada cuando se manipula a temperatura ambiente. Cuando el acero se martilla o moldeada a temperatura ambiente se puede endurecer en el lugar de impacto y empieza a agrietarse. A diferencia del acero laminado en caliente, los laminados de acero en frío no requieren de decapado para evitar la oxidación.

9.-Mecanizado con arranque de viruta

El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco material con mucha precisión; proceso final cuyo objetivo es el de dar el acabado superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza). Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.

El mecanizado se hace mediante una máquina herramienta, manual, semiautomática o automática, pero el esfuerzo de mecanizado es realizado por un equipo mecánico, con los motores y mecanismos necesarios. Las máquinas herramientas de mecanizado clásicas son:

-Taladro: La pieza es fijada sobre la mesa del taladro, la herramienta, llamada broca, realiza el movimiento de corte giratorio y de avance lineal, realizando el mecanizado de un agujero o taladro teóricamente del mismo diámetro que la broca y de la profundidad deseada.

-Mortajadora : máquina que arranca material linealmente del interior de un agujero. El movimiento de corte lo efectúa la herramienta y el de avance la mesa donde se monta la pieza a mecanizar.

-Brochadora : Máquina en la que el movimiento de corte lo realiza una herramienta brocha de múltiples filos progresivos que van arrancando material de la pieza con un movimiento lineal.

-Torno: el torno es la máquina herramienta de mecanizado más difundida, éstas son en la industria las de uso más general, la pieza se fija en el plato del torno, que realiza el movimiento de corte girando sobre su eje, la cuchilla realiza el movimiento de avance eliminando el material en los sitios precisos.

-Fresadora: en la fresadora el movimiento de corte lo tiene la herramienta; que se denomina fresa, girando sobre su eje, el movimiento de avance lo tiene la pieza, fijada sobre la mesa de la fresadora que realiza este movimiento. Es junto al torno la máquina herramienta más universal y versátil.

10.-Sinterizado

La sinterización es uno de los métodos de fabricación más antiguos de metales y materiales cerámicos. Actualmente se usa para obtener cuerpos sólidos compactando polvos metálicos o cerámicos, y aún más recientemente, para obtener algunas formas de polímeros a partir de sus partículas. Constituye a veces el único método por el cual puede impartirse a un material propiedades adecuadas para ser utilizado con una determinada finalidad.

El término sinterización designa los cambios geométricos que se producen cuando un conjunto de partículas es llevado a una temperatura elevada y dejado a ésta durante un tiempo suficientemente largo. (http://www.rmateriales.com.ar/index.php?option=com_content&view=article&id=109:sinterizado&catid=40:n6&Itemid=65

)

La sinterizacion también puede realizarse mediante láser, como en las impresoras en 3D SLS (Sinterizado Láser Selectivo). 

Esta forma de sinterizado tiene numerosas aplicaciones y pueden emplearse materiales como metales y plásticos en polvo.

Para mas productos sinterizados: http://www.youtube.com/user/solidconcepts/videos

11.-Tratamientos térmicos

Los procedimientos en los tratamientos térmicos son muy numerosos y variados según el fin que se pretende conseguir. La gran cantidad de tratamientos térmicos, las distintas aleaciones y sus reacciones y las diferentes exigencias técnicas requieren soluciones y conocimientos profundos de la materia. El tratamiento térmico pretende endurecer o ablandar, eliminar las consecuencias de un mecanizado, modificar la estructura cristalina o modificar total o parcialmente las características mecánicas del material.
Podemos distinguir dos razones principales para efectuar tratamientos térmicos en los cuales se pretende conseguir un endurecimiento (temple) o un ablandamiento (recocido).

-Temple: El temple consiste en calentar el acero a una temperatura determinada por encima de su punto de transformación para lograr una estructura cristalina determinada (estructura austenítica), seguido de un enfriamiento rápido con una velocidad superior a la crítica, que depende de la composición del acero, para lograr una estructura austenítica, martensítica o bainítica, que proporcionan a los aceros una dureza elevada.

Para conseguir un enfriamiento rápido se introduce el acero en agua, aceite, sales o bien se efectúa el enfriamiento con aire o gases. La velocidad de enfriamiento depende de las características de los aceros y de los resultados que se pretenden obtener.
En casos determinados se interrumpe el enfriamiento en campos de temperatura comprendidos entre 180-500 ºC., alcanzándose de esta manera un temple con el mínimo de variación en las dimensiones de las piezas, un mínimo riesgo de deformación y consiguiéndose durezas y resistencias determinadas, de acuerdo con las estructuras cristalinas en lo que se refiere a austenita, martensita o bainita.
Los procedimientos de temple descritos se refieren a un temple total del material, otros tratamientos permiten una más amplia variación de las características añadiendo carbono o nitrógeno a la superficie de las piezas.

-Cementación: La difusión de carbono sobre la superficie se denomina cementación. Este procedimiento consiste en el calentamiento de las piezas a una temperatura de aproximadamente 900 ºC en un medio en el que el carbono penetre en la superficie del acero en función del tiempo. Se puede efectuar este procedimiento con medios sólidos (carbón de madera con aditivos, baño de sales con cianuros), o con medios gaseosos CO, H2, N2, CmHn. La utilización de medios gaseosos es la más utilizada ya que permite un control de la profundidad del tratamiento.

Después de la cementación se efectúa un enfriamiento rápido para alcanzar la dureza superficial necesaria de forma que los aceros con bajo contenido en carbono, alcancen una superficie dura con un núcleo dúctil que proporcione a las piezas su máxima resistencia.

-Nitruración: La adición de nitrógeno a la superficie se denomina nitruración, dicho procedimiento consiste en el enriquecimiento de la superficie manteniendo el acero (de aleación especial con cromo, vanadio, aluminio), a una temperatura de aproximadamente 550 ºC, sea en baño de sales o en una atmósfera de amoniaco durante un tiempo determinado. Sin más tratamientos se alcanza de ésta manera una dureza superficial extremadamente alta con un mínimo de deformaciones, debido a la baja temperatura del tratamiento.

-Revenido: Normalmente, a continuación del temple se efectúa un tratamiento, denominado revenido. Si un acero se templa correctamente, alcanza su máxima dureza, que depende en primer lugar de su contenido en carbono, pero el acero en este estado es muy frágil y en consecuencia debe ser revenido a una temperatura entre 150 ºC y el punto de transformación del mismo. Los revenidos efectuados entre 150-220 ºC influyen poco en la dureza pero mejoran la resistencia, eliminando una parte de las tensiones producidas durante el enfriamiento. Esta clase de revenido se utiliza sobre todo en aceros para herramientas que requieren una gran dureza, en otros casos se efectúan los revenidos entre los 450-600 ºC.

-Carbonitruración: La difusión de carbono y nitrógeno se denomina carbonitruración, tratamiento térmico muy frecuente debido a sus numerosas ventajas. Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementación ya sea en baño de sales de una composición determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por medio de la disociación de amoniaco.

-Recocido:El recocido pretende conseguir lo contrario que el temple, es decir un ablandamiento del material que se consigue al poner en equilibrio la estructura cristalina que se había deformado por el frío, por tratamientos térmicos o por la mecanización de la pieza.

Muchas veces se efectúan recocidos en piezas que previamente fueron templadas y revenidas. Para ello debe elegirse una temperatura que logre la disminución de la dureza y la resistencia.

La temperatura baja exigida puede ser compensada por la duración del recocido.
La velocidad de enfriamiento después del recocido tiene una gran importancia, ya que un enfriamiento rápido puede provocar nuevas tensiones y si es demasiado lento existe el peligro de fragilidad.-Normalizado: El normalizado es un recocido que se efectúa para proporcionar una buena y fácil mecanización de las piezas, lo cual depende de su estructura cristalina. El normalizado se efectúa antes del temple, ya que el resultado de éste depende del estado inicial de la estructura de las mismas. También se realizan recocidos para la eliminación de tensiones a temperaturas inferiores al punto de transformación.

-Recocido isotérmico: Otros recocidos se efectúan para modificar la repartición de los componentes de la estructura cristalina (transformación de la perlita laminar), a éste recocido denominado isotérmico el cual es muy frecuente en piezas estampadas para la industria de automoción.

Aparte de los tratamientos indicados existe un gran número de otros muy específicos como envejecimiento, boronizado, sulfinizado, desgasificado, oxidación, recristalización , reducción sinterizado, etc.

12.-Trefilado

Proceso de reducción de la sección de un alambre, barra, lingote o tubo forzando su paso por un molde con o sin precalentado.

El proceso puede parecerse a apretar un tubo de pasta de dientes. La extrusión data desde 1800.Las ventajas de los procesos modernos incluyen:

-Se puede extruir una gran variedad de formas, especialmente con extrusión en caliente; sin embargo, una limitación es la geometría de la sección transversal que debe ser la misma a lo largo de toda la parte

-La estructura del grano y las propiedades de resistencia se mejoran con la extrusión en frío o en caliente

-Son posibles tolerancias muy estrechas, en especial cuando se usa extrusión en frío

-En algunas operaciones de extrusión se genera poco o ningún material de desperdicio.

Teoria 3: Solicitaciones mecánicas de los materiales

Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten diferenciar un material de otro ya sea por su composición, estructura o comportamiento ante algún efecto físico o químico, estas propiedades son usadas en dichos materiales de acuerdo a algunas necesidades creadas a medida que ha pasado la historia, dependiendo de los gustos y propiamente de aquella necesidad en donde se enfoca en el material para que este solucione a cabalidad la exigencia creada.

La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias y desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que actúan sobre ellas, así entonces  nos basaremos en dicha materia para saber de que se trata cada uno de estos efectos físicos, aplicados en diferentes estructuras, formas y materiales. Esta es la razón por la que la mecánica de materiales es una disciplina básica, en muchos campos de la ingeniería, entender el comportamiento mecánico es esencial para el diseño seguro de todos los tipos de estructuras. El desarrollo histórico de dicho tema, ha sido la mezcla de teoría y experimento, de personajes importantes como Leonardo da Vinci (1452-1519), Galileo Galilei (1564-1642) y Leonard Euler (1707-1783), llevaron a cabo experimentos para determinar la resistencia de alambres, barras y vigas, desarrollaron la teoría matemática de las columnas y cálculo de la carga critica en una columna, actualmente son la base del diseño y análisis de la mayoría de las columnas.

Deformación

La deformación es el proceso por el cual una pieza, metálica o no metálica, sufre una elongación por una fuerza aplicada en equilibrio estático o dinámico, es decir, la aplicación de fuerzas paralelas con sentido contrario; este puede ser resultado, por ejemplo de una fuerza y una reacción de apoyo, un momento par o la aplicación de dos fuerzas de igual magnitud, dirección y sentido contrario (como es el caso de los ensayos de tensión y compresión).

La deformación de cualquier pieza está relacionada con varias variables, como son el área transversal a la aplicación de la fuerza (es decir, que la fuerza y el área formen un ángulo de 90º), la longitud inicial de la pieza y el módulo de elasticidad

Cada material tiene unas propiedades mecánicas definidas (elasticidad, plasticidad, maleabilidad, dureza, etc.), entre ellas la que nos atañe en un primer momento, es la Resistencia Mecánica. La elaboración de un diagrama de esfuerzo-deformación unitaria varia de un material a otro, (incluso se haría necesario incluir otras variables como la temperatura y la velocidad de aplicación de la carga), sin embargo es posible distinguir algunas características comunes entre los diagramas esfuerzo-deformación de distintos grupos de materiales, y dividir los materiales en dos amplias categorías con base en estas características. Habrá así materiales dúctiles y materiales frágiles.

Diagrama esfuerzo- deformación unitaria

Tipos de fuerzas

Para entender a la perfección el comportamiento de la curva Esfuerzo-Deformación unitaria, se debe tener claro los conceptos que hacen referencia a las propiedades  mecánicas de los materiales que describen como se comporta un material cuando se le aplican fuerzas externas, y a las diferentes clases de estas mismas a las cuales pueden ser sometidos.

–Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción. Hace que se separen entre si lass distintas particulas que componen unaa pieza. Por elemplo, un cable de acero de una grua que aguanta el peso de un determinado peso, tendiendo este a aumentar su longitud.

– Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo largo de su línea de acción. Hace que se aproximen las distintas partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando se coloca una columna, esta soportara el peso de la estructura bajo un esfuerza de compresion, por lo que tiende a reducir se longitud.

–Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de “doblarlo”, alargando unas fibras internas y acortando otras. Es una combinación de presión y tracción. Mientras que las fibras superiores se flexionan acortándose, las inferiores se alarga. Un estante cargado de libros es un buen ejemplo de flexión.

–Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta retorcer al material sobre su eje central, la fuerza externa recibe el nombre de torque o  momento de torsión.

–Fuerza de cizalladura o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con respecto al otro. Las tijeras al cortar papel realizan este tipo de fuerza.

Para mas informacion sobre las fuezas sobre materiales y propiedades de los mismos, visitar:

http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/31/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/