Propiedades de los MaterialesPropiedades de los Materiales

Carrera : Ingeniería Industrial

Unidad dos

Ing. A. Macías D.

MetalesMetales

METALES

Estructura

BCCBCC FCCFCC HCPHCP

Redes cristalinasRedes cristalinas

EstructurasEstructuras

Materiales puros Materiales puros Aleaciones Aleaciones

Cadenas enredadas,pero no conectadasCadenas enredadas,pero no conectadas

PolímerosPolímeros

Termoestables Termoestables TermoplásticosTermoplásticos

Las cadenas están enlazadas deManera compactaLas cadenas están enlazadas deManera compacta

Unión de los átomos a través de enlaces.

Enlace metálicoEnlace metálico

Enlace covalenteEnlace covalente

Enlace iónicoEnlace iónico

Enlace van der WaalsEnlace van der Waals

Conducen a distintos arreglos atómicos.Conducen a distintos arreglos atómicos.

MetalesSólidos cristalinos

Tipos de metales

• FERROSOS• HIERRO Y SU ALEACCIONES (ACEROS Y FUNDICIONES)• NO FERROSOS• COBRE Y SUS ALECCIONES.• ALUMINIO Y SUS ALEACCIONES.• ZINC, NIQUEL, CROMO,ETC. (METALES ALEANTES).• PLATA, ORO, PLATINO,TITANIO, ETC. (METALES

PRECIOSOS).• ENTRE OTROS.

AceroAcero

Aleación cristalizada de Hierro en Carbono y otros elementos

CarbonoCarbono

Dureza Resistencia

Aleación Fe-C

Aceros

C < 2 % en peso

Aceros

C < 2 % en peso

Baja aleación

Bajo carbonoBajo carbono

Medio carbonoMedio

carbono

Alta aleación

Aceros inoxidables

Aceros herramienta

Aceros herramienta

Alto carbono

Solidificación del agua

Mecanismo de cristalizaciónMecanismo de cristalizaciónFormación de núcleos

Crecimiento del cristal

Proceso de solidificaciónProceso de solidificación

Crecimiento de los cristales. Crecimiento de los cristales. Crecimiento de los cristales. Crecimiento de los cristales.

Se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el

metal líquido

Se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el

metal líquido

No puede ser uniforme a causa de los diferentes factores de la composición del metal, la velocidad de enfriamiento y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.

No puede ser uniforme a causa de los diferentes factores de la composición del metal, la velocidad de enfriamiento y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.

Cristalización

Nuevas fases

Fase Porción físicamente homogénea, misma estructura o arreglo atómico. Existe una interfaz entre ésta y las que le rodean.

Fase: Forma única en que el material existe.

Un diagrama de fase indica la estabilidad de las distintas fases para un conjunto

de elementos.

Un diagrama de fase indica la estabilidad de las distintas fases para un conjunto

de elementos.

Se puede predecir cómo se solidificará un material en condiciones de equilibrio

Se puede predecir cómo se solidificará un material en condiciones de equilibrio

Diagrama de fases Hierro -CarbonoDiagrama de fases Hierro -Carbono

Tiene la finalidad de entender las diferencias básicas entre las aleaciones de hierro y el control de sus propiedades.

Tiene la finalidad de entender las diferencias básicas entre las aleaciones de hierro y el control de sus propiedades.

Proporciona la base científica para las industrias del hierro y del acero

Proporciona la base científica para las industrias del hierro y del acero

Diagrama Fe-Fe3C

Aceros de acuerdo al diagrama Fe-Fe3CAceros de acuerdo al diagrama Fe-Fe3C

Aceros Hipoeutéctoides

Aceros Hipereutéctoides

Contenido de CarbonoContenido de Carbono

0.022 - 0.77

0.77 – 2.11

Fases en el diagramaFases en el diagrama

Los aceros son aleaciones de Fe-C

Los aceros inoxidables resistentes a la corrosión a demás del Fe, contienen

cantidades de Cr, Ni y algunos otros elementos.

Los aceros son aleaciones de Fe-C

Los aceros inoxidables resistentes a la corrosión a demás del Fe, contienen

cantidades de Cr, Ni y algunos otros elementos.

Cuando se combinan diferentes elementos, se pueden formar soluciones sólidas o líquidas.

Cuando se combinan diferentes elementos, se pueden formar soluciones sólidas o líquidas.

• Fases sólidas α γ δ• Fase α= Ferrita • Fase γ= Austenita• Fase δ= Delta• Fase α + Fe3C= Perlita• Fase γ+ Fe3C= Lediburita • Fase Fe3C= Cementita

• Fases sólidas α γ δ• Fase α= Ferrita • Fase γ= Austenita• Fase δ= Delta• Fase α + Fe3C= Perlita• Fase γ+ Fe3C= Lediburita • Fase Fe3C= Cementita

Fases en el sistema Fe-Fe3C

Austenita (hierro- . duro) FCCɣ Ferrita (hierro-α. blando) BCC

Cementita (carburo de hierro. Fe3C) Perlita (88% ferrita, 12% cementita)

Ledeburita (ferrita – cementita eutectica, 4.3% C) Bainita

Martensita

Propiedades de las fases:Propiedades de las fases:

Estructura de la cementita

Es una fase muy dura, se destaca por ser un

constituyente frágil con alargamiento nulo y muy poca resiliencia. Su temperatura de fusión es de 1227ºC. como la cementita es muy dura y frágil no es posible de utilizarla para

operaciones de laminado o forja debido a su dificultad para

ajustarse a las concentraciones de esfuerzos.

La perlita es un constituyente compuesto por el 86,5% de ferrita y el 13,5% de cementita. Como la fase mayoritaria es la ferrita, las

propiedades estarán más próximas a las de la ferrita

Microestructura de la perlita y cementitaMicroestructura de la perlita y cementita

Si se limitara a las estructuras en equilibrio y a los aceros al carbono, no se podrían producir una gran cantidad de herramientas críticas y

sus componentes.

Si se limitara a las estructuras en equilibrio y a los aceros al carbono, no se podrían producir una gran cantidad de herramientas críticas y

sus componentes.

Principales formas de las aleaciones ferrosas

Hierro forjadoHierro forjado

AceroAcero

Fundiciones Fundiciones

Hierro puro

Aleación Fe-C

>2.1%C

Aleación Fe-C

2.1 a 5.3%C

Aceros alta aleación

Aceros inoxidables

Aceros herramienta

Cromo: Elemento presente en todos los aceros inoxidables por su papel en la resistencia a la corrosiónNíquel mejora las propiedades mecánicas.

Los aceros inoxidables son aleaciones ferro-cromo con un mínimo de 11% de

cromo.

Los aceros inoxidables son aleaciones ferro-cromo con un mínimo de 11% de

cromo.

Elementos de aleación: cromo y níquel Elementos de aleación: cromo y níquel

Aceros Inoxidables: Tipos y aplicaciones

Tipos de acero inoxidable

Aplicación

Austenítico (resistente a la corrosión)

Equipos para la industria: Química, petroquímica, alimenticia, farmacéutica, construcción y utensilios domésticos.

Ferrítico (resistente a la corrosión, más barato)

Electrodomésticos (cocinas, heladeras, etc.) mostradores frigoríficos, monedas e industria automovilística

Martensítico (dureza elevada)

Cuchillería , instrumentos quirúrgicos como bisturí y pinzas . Cuchillos de corte , discos de freno entre otros.

Las propiedades de los metales y en general de las aleaciones están fuertemente influenciadas por los arreglos atómicos y la microestructura de los mismos.

Las propiedades de los metales y en general de las aleaciones están fuertemente influenciadas por los arreglos atómicos y la microestructura de los mismos.

Es la resistencia que presenta el material a romperse, es la tensión máxima que un material puede soportar, mientras se estira.

Es la resistencia que presenta el material a romperse, es la tensión máxima que un material puede soportar, mientras se estira.

Propiedades mecánicasPropiedades mecánicas

Resistencia a la tracción Resistencia a la tracción

Aceros Herramienta

Teóricamente incluyen los aceros que pueden emplearse para la fabricación de herramientas. Teóricamente incluyen los aceros que pueden

emplearse para la fabricación de herramientas.

En la práctica, la aplicación de este término abarca a los aceros especiales de gran calidad

utilizados en la fabricación herramientas destinados a trabajar los materiales por corte o

por presión.

En la práctica, la aplicación de este término abarca a los aceros especiales de gran calidad

utilizados en la fabricación herramientas destinados a trabajar los materiales por corte o

por presión.

Clasificación de los aceros herramientas. Clasificación de los aceros herramientas.

En función del tratamiento térmico (temple) utilizado.En función del tratamiento térmico (temple) utilizado.

Temple de los aceros en agua, en aceite y aceros de temple al aire. Temple de los aceros en agua, en aceite y aceros de temple al aire.

En función de la aplicación

Se dividen en aceros de herramientas al carbono, aceros de baja aleación y

aceros de aleación media.

Se dividen en aceros de herramientas al carbono, aceros de baja aleación y

aceros de aleación media.

El contenido en elementos de aleación

Se clasifican en aceros rápidos y aceros para trabajos en frío.Se clasifican en aceros rápidos y aceros para trabajos en frío.

Los aceros de herramientas más comúnmente utilizados

Se han clasificados en grupos principales, y dentro de ellos en subgrupos, todos los

cuales se identifican por una letra (W, S, O, A, T, S, L, D, H, F, M)

Se han clasificados en grupos principales, y dentro de ellos en subgrupos, todos los

cuales se identifican por una letra (W, S, O, A, T, S, L, D, H, F, M)

La selección se base en otros factores, tales como productividad prevista, facilidad de fabricación y costo.

La selección se base en otros factores, tales como productividad prevista, facilidad de fabricación y costo.

Aceros de temple en agua

W

Aceros para trabajo de choque

S

Aceros para trabajos en frío, aceros de temple en aceite

O

Aceros de media aleación temple aire

A

Aceros altos en cromo y en carbono

D

Aceros para trabajos en caliente H

Tabla de los diferentes tipos de aceros herramienta

Aceros rápidos T

Aceros al molibdeno, aceros al tungsteno.

M

Aceros para usos especiales , aceros de baja aleación

L

Aceros para usos especiales F

Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la fabricación de elementos de máquinas, se emplean para la fabricación de materiales útiles destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de diversos materiales por arranque de viruta, cortadura, conformado, embutición,

extrusión, laminación y choque.

Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos

Tratamientos TérmicosTratamientos Térmicos

Son secuencias metalizada de diferentes procedimientos del

"calentamiento" y del "enfriamiento".

De esta forma se pueden transformar las propiedades de los

aceros especiales.

De esta forma se pueden transformar las propiedades de los

aceros especiales.

Un proceso en el cual una herramienta o parte de una

herramienta se somete intencionalmente a una secuencia

específica de tiempo - temperatura

Un proceso en el cual una herramienta o parte de una

herramienta se somete intencionalmente a una secuencia

específica de tiempo - temperatura

Tratamientos térmicos

El objetivo:El objetivo:

Es conferirle a la pieza propiedades requeridas

para procesos de transformación posteriores o para su aplicación final

Un TT puede provocar transformaciones de los

constituyentes estructuralessin modificar la composición

química promedio del material.

Un TT puede provocar transformaciones de los

constituyentes estructuralessin modificar la composición

química promedio del material.

Al final del TT loscomponentes estructurales pueden estar en equilibrio

(por ejemplo ferrita + carburos después delrecocido) o no (por ejemplo martensita

después del temple).

Al final del TT loscomponentes estructurales pueden estar en equilibrio

(por ejemplo ferrita + carburos después delrecocido) o no (por ejemplo martensita

después del temple).

Cada proceso de tratamiento térmico consiste de los

siguientes pasos individuales:

Cada proceso de tratamiento térmico consiste de los

siguientes pasos individuales:

Precalentamiento

Calentamiento por debajo de la temperatura máxima seleccionada

Calentamiento por debajo de la temperatura máxima seleccionada

CalentamientoElevar la temperatura de una piezaElevar la temperatura de una pieza

MantenimientoMantenimientoConsiste en mantener una cierta temperatura sobre toda la sección

Consiste en mantener una cierta temperatura sobre toda la sección

Consiste en disminuir la temperatura de una pieza. Consiste en disminuir la temperatura de una pieza.

EnfriamientoEnfriamiento

Todo enfriamiento que sucede más rápidamente que aquel que se presenta al aire quieto, es denominado temple.

Todo enfriamiento que sucede más rápidamente que aquel que se presenta al aire quieto, es denominado temple.

El tiempo de exposición, es el período de tiempo transcurrido

entre la introducción de la pieza en el horno y su retiro, comprende el

tiempo de calentamiento a fondo y el tiempo de mantenimiento.

El tiempo de exposición, es el período de tiempo transcurrido

entre la introducción de la pieza en el horno y su retiro, comprende el

tiempo de calentamiento a fondo y el tiempo de mantenimiento.

Según el tipo de proceso de tratamiento térmicoSegún el tipo de proceso de tratamiento térmico

Se distingue por ejemplo entre hornos deprecalentamiento, hornos de recocido y hornos de temple.

Se distingue por ejemplo entre hornos deprecalentamiento, hornos de recocido y hornos de temple.

Otros factores para la clasificación son eldiseño del horno (P.ej. cámara, campana, chimenea, tubular, de baño, crucible), el medio de tratamientotérmico (P.ej. aire circulante, gas inerte, vacío, baño de sales, lecho fluidizado) y el tipo de calentamiento

Otros factores para la clasificación son eldiseño del horno (P.ej. cámara, campana, chimenea, tubular, de baño, crucible), el medio de tratamientotérmico (P.ej. aire circulante, gas inerte, vacío, baño de sales, lecho fluidizado) y el tipo de calentamiento

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

PROPIEDADES MECÁNICAS:Modulo de ElasticidadLímite Elástico ,Resistencia a la TensiónDurezaTenacidad deResistencia a la Fractura a la Fatiga Resistencia a la cedenciaSoldabilidadMaquinabilidadConformabilidad

PROPIEDADES FÍSICAS:

Térmica Densidad Ópticas Magnéticas Eléctricas

PROPIEDADES SUPERFICIALES:Resistencia a la Oxidación y CorrosiónResistencia a la Fricción, Abrasión y desgaste

Son las que están relacionadas con el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos.Son las que están relacionadas con el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos.

Dureza: Un material es duros o blando dependiendo de si otros materiales puede rayarlo

Dureza: Un material es duros o blando dependiendo de si otros materiales puede rayarlo

Tenacidad/Fragilidad: Un material es tenaz si aguanta los golpes sin romperse. Un material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe.

Tenacidad/Fragilidad: Un material es tenaz si aguanta los golpes sin romperse. Un material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe.

Propiedades MecánicasPropiedades Mecánicas

PROPIEDADES MECÁNICAS Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico cuando, al

aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado

Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado

Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica cuando soporta esfuerzos sin romperse.

Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica cuando soporta esfuerzos sin romperse.

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

Son las que están relacionadas con el comportamiento de los materiales durante la fabricación.Son las que están relacionadas con el comportamiento de los materiales durante la fabricación.

Fusibilidad: Es la capacidad de los materiales de pasar del estado sólido al líquido cuando son sometidos a una temperatura determinada.

Ductilidad: Es la capacidad de los materiales de

transformarse en hilos cuando se estiran.

Maleabilidad: Es la capacidad de los materiales de

transformarse en láminas cuando se les comprime.

PROPIEDADES ECOLÓGICAS• Son las que están relacionadas con la mayor o menor

nocividad del material para el medio ambiente.

Reciclabilidad: Es la capacidad de los materiales de ser vueltos a fabricar.

Biodegrabilidad: Es la capacidad de los materiales de, con el paso del tiempo, descomponerse de forma natural en sustancias más simples.

Toxicidad: Es el carácter nocivo de los materiales para el medio ambiente o los seres vivos.

EJEMPLO: RECICLAJE DEL VIDRIO