Capitulo 5. Materiales de Ingenieria

7/25/2019 Capitulo 5. Materiales de Ingenieria

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Capitulo 5. Materiales de ingeniería

5.1 IntroducciónAmplia variedad de materiales: Aplicaciones diversas

Metales

CerámicosPolímeros

Materiales compuestos

Selección Problema técnico-económico

Propiedades químicas (resistencia a la corrosión)

Propiedades mecánicas

Propiedades físicas

Propiedades tecnológicas

Costo

5.2 MATERIALES FERROSOS

Hierros fundidos: Aleaciones Fe - alto carbono que contienen Si.

1. HIERROS FUNDIDOS GRISES.

Contienen 2 – 4 % de C y 1 – 3 % Si

Parte del carbono en forma de hojuelas de grafito

Matriz ferrítica o perlítica

Los más usados en ingeniería (Industria automotriz)

Para mejorar su resistencia a la corrosión pueden ser aleados

Susceptibles a la corrosión por grafitización

2. HIERROS FUNDIDOS BLANCOS.

Casi todo el carbono en forma de cementita (F3C). Duros y frágiles

Contenido de silicio inferior al 1 % (Si promueve grafitización)

Resistentes a la corrosión selectiva denominada grafitización

3. HIERROS FUNDIDOS MALEABLES.

Se obtienen a partir de hierro fundido blanco. Buena maleabilidad

Parte del carbono en forma de rosetas de grafito




La capa superficial que se forma durante la maleabilización brinda protección a muchos

ambientes corrosivos

Aplicación industria automotriz

4. HIERROS FUNDIDO DUCTILES.

Se obtienen por adición de Mg o Ce en la cuchara. Buena ductilidad

Parte del carbono en forma de esferoides de grafito


Los más usados en ingeniería (Industria automotriz, tractores y herramientas)

Susceptibles a la corrosión por grafitización

5. HIERROS FUNDIDOS ALTOS EN SILICIO.

Contienen más del 14 % Si

Se pasivan por la formación de una película de SiO2

Extremadamente resistentes a la corrosión, la excepción el HF

Por su dureza resisten la corrosión por erosión (No maquinables)

Duriron 14,5 % Si

Durichlor adición de 3 % Mo: Mejor resistencia al HCl, cloruro y picado

Durichlor 51 adición de Cr: Mejor resistencia a la mayoria de condiciones oxidantes

Aleaciones fundidas para tuberías, bombas y otros equipos de procesos

6. HIERROS FUNDIDOS ALEADOS.

Contienen Ni, Cr y Cu: Mejor resistencia a la corrosión, a la abrasión, resistencia encaliente y buenas propiedades mecánicas

Ni-Resist (austenítico): Mejor resistencia a la corrosión e igual tenacidad que los hierros

fundidos grises. Contienen 13.5 a 32 % Ni.

Ni-Hard (H.F.B.): Mejor resistencia a la corrosión por erosión en soluciones casi

neutras y alcalinas. Contienen 4 % Ni y 2 % Cr

ACEROS: Aleaciones Fe-C, que contiene hasta 2 % C

1.

ACEROS AL CARBONO.



Carbono

Tiene efecto en los tratamientos térmicos y propiedades mecánicas

Efecto pequeño o ninguno en la velocidad de corrosión

Agua dulce y suelos ningún efecto

Agua de mar pequeño efecto (aumenta velocidad de corrosión)Atmósfera ningún efecto

Acidos tiene efecto, más pronunciado en ácidos fuertes

Azufre, fósforo, carbono y nitrógeno tiene efecto en ácidos

Arsénico en porcentajes de 0,20 % disminuye y en porcentajes menores aumenta

Los más ampliamente usados como material de ingeniería

2.

ACEROS DE BAJA ALEACIONContienen un total de hasta 2,5 % de elementos aleantes

Aleantes Cr, Ni, Cu, Mo y V

Mejor resistencia a la corrosión atmosférica

Mejor resistencia mecánica

3. ACEROS INOXIDABLESAceros de alta aleación con Cr, Ni y Mo (Cr más del 11 % )

3.a. ACEROS INOXIDABLES MARTENSITICOS (4xx y 5xx)

11,5 – 18 % Cr. Endurecibles por tratamiento térmico

410 Ambientes corrosivos no muy agresivos (0.15 % C y 11.5 - 13.0 % Cr)

420 Instrumentos quirúrgicos (0,15 % C mín. y 12 – 14 % Cr)

Partes de válvulas, bolas de rodamientos e instrumentos quirúrgicos

3.b. ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS (4xx)

14 – 27 % Cr. Endurecibles por trabajado en frío

409

Resistente a altas temperaturas y soldable. Escape de automotores (0,08 % C y

10.5 – 11.75 % Cr)

430

Utensilios cocina y adornos de autos (0.12 % C y 16-18 % Cr)

442 y 446 Resistencia a la oxidación a altas temperaturas y al ataque de gases

sulfurosos. Partes de hornos (0.20 % C y 16 – 18 %Cr; 0,20 % C, 23 – 27 % Cr y 0,25

% N)

3.c. ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS (2xx y 3xx)



Ni y Cr por lo menos del 23 %. Endurecibles por trabajado en frío

La mayor resistencia a la corrosión que los anteriores

304

Buena resistencia a la corrosión para la mayoría de aplicaciones(0.08 % C, 18 – 20 % Cr y 8 – 10,5 % Ni)

310 Equipos y partes de hornos (900 – 1100 oC)

(0.25 % C, 24 – 26 % Cr y 19 – 22 % Ni)

316 La mayor resistencia a la corrosión. Equipos marinos

(0.08 % C, 16 – 18 % Cr, 10 – 14 % Ni y 2 – 3 % Mo )

321

Resistencia a la corrosión intergranular (contiene Ti)

(0.08 % C, 17- 19 % Cr, 9 – 12 % Ni y Ti:5 x Cmín.)

3.d. ACEROS INOXIDABLES DUPLEX

Porcentajes altos de cromo 18 –

28 % CrPorcentajes moderados de níquel 4,5 – 8 %

Además de 2,5 y 4 % de Mo

Estructura ferrítica y austenítica

Aplicaciones marinas para temperaturas algo elevadas. Plantas de desalinización,

intercambiadores de calor y plantas petroquímica

2205 Mayor resistencia a la corrosión que el 316L.

Los aceros inoxidables son resistentes a 1.

cido nítrico, sobre un amplio rango de concentraciones y temperaturas.

2. H2SO4 muy diluido a temperatura ambiente aereado.

3.

Muchos ácidos orgánicos, incluyendo practicamente todos los ácidos alimenticios y

ácido acético (pero no el ácido acético glacial en ebullición).

4. Alcalies. Excepto bajo esfuerzos en soluciones concentradas caústicas calientes.

5. La atmósfera. Tipos 302 y 304 son usados satisfactoriamente como adornos

arquitectónicos de edificios. Estos y el tipo 430 son usados para adornos de autos.

Los aceros inoxidables no son resistentes a:

1.

HCl, HBr, HF, diluídos o concentrados. Tampoco son resistentes a las sales quehidrolizan estos ácidos.

2. Oxidantes clorinados.

3. Agua de mar excepto para pequeños períodos, o cuando estan catodicamente

protegidos.

4. Soluciones fotográficas, especialmente soluciones fijadoras conteniendo thiosulfatos.

5. Algunos ácidos orgánicos, incluyendo el oxálico, fórmico y láctico.

5.3 ALEACIONES NO FERROSAS

ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

Película de óxido de aluminio lo protege de la corrosión en muchos ambientes



Esta película es bastante estable en soluciones neutras y muchas soluciones ácidas, pero

es atacada por los alcalies.

Aluminio esta expuesto al picado y a la corrosión galvánica. El metal más puro es el

más resistente a la corrosión, excepto Mn, Mg y Zn

Aluminio-Manganeso (3xxx). Buena resistencia a la corrosión.

Equipos de manejo y almacenamiento de alimento y sustancias químicas, tanques para

gasolina y aceite.

Aluminio-Magnesio (5xxx). Resistencia a la corrosión equivalente a la serie 1xxx

(aluminio puro). Mas resistentes al agua salada y algunas soluciones alcalinas

Aluminio-Magnesio-Silicio (6xxx). Buena resistencia a la corrosión atmosférica, pero

un poco menor que la serie 5xxx

Aluminio-Zinc (7xxx). Buena resistencia a la corrosión y muy buena maquinabilidad.

Accesorios y estructuras para aviones.

El aluminio (Tipo 1100) es resistente a: 1.

NH4OH, caliente o frío.

2. Acido acético, caliente o frío, y muchos otros ácidos orgánicos.

3.

Acidos grasos.

4. Acido nítrico, a concentraciones marores al 80% cerca de 50oC.

5. Agua destilada y dulces.

6. Exposición atmosférica (Excelente resistencia a las atmósferas rural, urbana e

industrial; menos resistente a la atmósfera marina).

7.

Azufre, Atmósferas sulfurosas, H2S. El aluminio es usado para la explotación del

azufre.

8.

Refrigerantes gaseosos fluorinados (Freon, pero no al cloruro de metilo o bromuro de

metilo).

9. Mayor parte de suelos.

10. Casi todos los productos alimenticios.

11. Soluciones neutras.

El alumino no es resistente a:

1. Acidos fuertes, tales como HCl, y HBr (diluído o concentrado), H2SO4 (satisfactorio para aplicaciones a temperatura ambiente debajo del 10%), HF, HClO4, H3PO4.

1. Alcalies (la cal y concreto fresco son corrosivos tan fuertes como los alcalies). El

NaOH y las aminas orgánicas muy alcalinas.

2. Hg y sales de Hg.

3. Agua de mar (presencia de iones de metales pesados).

4. Agua que contiene iones de metales pesados (Cu, Fe o agua de minas).

5.

Solventes clorinados.

6. Alcohol etílico anidro, propílico o butílico a elevada temperatura. Un vestigio de agua

actua como inhibidor.

7. Acidos fórmico, oxálico y tricloroacético.

MAGNESIO Y SUS ALEACIONES



Es uno de los menos resistentes a la corrosión, pero más resistente que el aluminio a los

alcalies

Anodos de sacrificio y celdas de baterías secas

Aleados son sensibles a la corrosión bajo tensión y corrosión por erosión

Es atacado por más ácidos orgánicos e inorgánicos excepto el crómico y el fluorhídrico

El magnesio es resistente a: 1. Exposición atmosférica.

2. Agua destilada.

3.

Soluciones de más del 2% HF. Forma una película protectora de MgF2.

4. Alcalies. A diferencia del Al, el magnesio es resistente a los alcalies.

5. Acidos crómico y fluorhídrico.

El magnesio no es resistente a:

1. Agua conteniendo vestigios de iones de metales pesados.

2. Agua de mar.

3.

Acidos orgánicos e inorgánicos y sales ácidas (NH4).

4. Metanol (anhidro).

5.

Gasolina mezclada con plomo.

6. CCl2F2 (freón) más agua.

PLOMO Y SUS ALEACIONES

Película protectora consistente de sulfatos, óxidos y fosfatos

Aplicaciones corrosivas: Celdas de baterías y equipamiento de procesos químicos.

Resistente a los ácidos sulfúrico, crómico, fluorhídrico y fosfórico

El plomo es resistente a:

1. A muchos ácidos fuertes:

- H2SO4, en concentraciones menores al 96% a temperatura ambiente.

- H3PO4 comercial (caliente o frío).

- H2CrO4.- HF en concentraciones menores del 60 al 65% (a temperatura ambiente).

- H2SO3.

2. Exposición atmosférica, particularmente industrial.

3. Agua de mar (0.5 mpy).

4. Cloro húmedo o seco, a temperaturas menores de 100oC.

5. Soluciones neutras.

6.

Suelos.

El plomo no es resistente a:

1.

HNO3, en concentraciones menores al 70%.2. HCl



3. H2SO4 concentrado (hasta concentraciones mayores al 96%, temperatura ambiente).

4. Alcalies.

5. HF, gaseoso.

6.

Muchos ácidos orgánicos aereados.

7. Acido acético

COBRE Y SUS ALEACIONES

Combina resistencia a la corrosión con alta conductividad, formabilidad,

maquinabilidad y resistencia mecánica cuando está aleado, excepto para altas

temperaturas.

Cobre y latones (Cu-Zn) están sujetos a la corrosión por erosión, corrosión intergranular

y decincificación (Latones amarillos más del 20 % de Zn). Latones rojos 5 – 20 % Zn

presentan resistencia a la decincificación.

Bronces y latones al aluminio (Cu-aleantes:Sn , Si, Al y Be) son mucho mejores alrespecto.

Cuproníqueles (Cu-Ni) son superiores en resistencia a la corrosión por erosión y a la

fatiga en agua de mar

Plata níquel (Cu-Ni-Zn) buena resistencia a la corrosión por sustancias alimenticias,

agua y atmósfera. Dúctiles

El cobre es resistente a:

a.

Agua de mar.

b.

Agua dulce, caliente o fría.

c. Acidos desaereados calientes o fríos, H2SO4, H3PO4, acético y otros ácidos no

oxidantes.

d. Exposición atmosférica (resistente a las atmósferas urbana, marina e industrial).

e. Soluciones neutras y ligeramente alcalinas.

El cobre no es resistente a:

a. Acidos oxidantes (HNO3, H2SO4 concentrado caliente y ácidos aereados no oxidantes).

b.

NH4OH (más oxígeno).c.

Agua aereada a alta velocidad y soluciones acuosas.

d. Sales oxidantes de metales pesados [FeCl3, Fe2 (SO4)3].

e. H2S, S, algunos compuestos de S.

f. Amoniaco.

NIQUEL Y SUS ALEACIONES

Constituyente principal de los recubrimientos, aceros inoxidables, aleaciones cobre-

níquel y aleaciones de base níquel

Buena resistencia a la corrosión y a la oxidación



Aleaciones níquel- cobre

Monel. Resistencia a los ácidos, álcalis, salmueras, aguas, productos alimenticios y

atmosféra. Mejores propiedades mecánicas que los bronces y latones, pero menores que

los aceros aleados.

Aleaciones níquel-silicio-cobre

Hastelloy D. Excelente resistencia al ácido sulfúrico concentrado a elevadas

temperaturas. Evaporadores recipientes para reacción, ductos, tuberías y accesorios en

la industria química.

Aleaciones níquel-cromo-hierro

Inconel. Resistencia a la corrosión y oxidación, alta resistencia y tenacidad. Equipos

para procesamiento de alimentos, múltiples de escape y calentadores de motores de

avión, recipientes de nitruración, carburación y tubos de protección para termopares

Aleaciones níquel-molibdeno-hierro

Hastelloy A y B. Alta resistencia a la corrosión por los ácidos clorhídrico, fosfórico y

otros no oxidantes. Industria química para manejar, transportar y almacenar ácidos y

otros corrosivos.

Aleaciones níquel-cromo-molibdeno-hierro

Hastelloy C. Alta resistencia a la corrosión por ácidos oxidantes, como el nítríco,

crómico y sulfúrico. Buenas propiedades a altas temperaturas (1050 oC). Industria

química, partes de bombas y válvulas, inyectores a chorro, tubos de escape de motores

de propulsión, alabes de turbinas y aplicaciones similares.

Aleaciones níquel-cromo-molibdeno-cobre

Illium. Resistencia a los ácidos sulfúrico y nítrico en un amplio intervalo de condiciones

de concentración y exposición.

Cojinetes de impulso y rotativos, piezas de bombas y válvulas de alta dureza en medios

corrosivos.

Aleaciones níquel-hierro-cromo

Incoloy. Elevada resistencia a la corrosión y oxidación

Equipos de tratamientos térmicos e intercambiadores de calor para la industria química,

petroquímica y nuclear.

El níquel es resistente a:

1.

Alcalies, calientes o fríos. Incluyendo alcalies fundidos.

2. Acidos no oxidantes diluidos inorgánicos y orgánicos.

3.

La atmósfera.4. Condiciones nitrurizantes (amoniaco disociado) y en cloro o cloruros gaseosos.



5. Soluciones neutras y ligeramente ácidas (diluídas).

El níquel no es resistente a:

1. Acidos oxidantes (HNO3).

2.

Sales oxidantes (FeCl3, CuCl2, K 2Cr 2O7)3. Hidróxido de amonio aereado.

4.

Hipocloritos alcalinos.

5. Agua de mar.

6. Azufre o ambientes reductores que contienen azufre, a temperaturas mayores a 315oC.

ZINC Y SUS ALEACIONES

No es resistente a la corrosión

Galvanizado y metal de sacrificio para la protección catódica de cascos de barcos,

tuberías y estructuras.

ESTAÑO Y SUS ALEACIONES

Resistencia a la corrosión y buenas propiedades de lubricación.

Como recubrimiento ( fabricación de hojalata), elemento aleante de bronces y latones, y

aleaciones anti-fricción babbit (Sn, Sb y Cu).

TITANIO Y SUS ALEACIONES

Resistencia a la corrosión a todos los ambientes naturales (aguas, suelo y atmósfera),

formación de una película de TiO2, resistente hasta 537oC

Afinidad con los gases hidrógeno, nitrógeno y oxígeno que fragilizan al titanio. Fusión

y soldeo en atmósferas inertes.

Aplicaciones del titanio puro donde se requiere alta ductilidad para la fabricación pero

poca resistencia, como tuberías para procesos químicos, válvulas y tanques, paredes

cortafuegos para aviones y tubos de escape.

Resistencia sobresaliente al agua salada y otras soluciones con cloro, hipocloritos ycloro húmedo, y al ácido nítrico.

.

El titanio es resistente a:

1. Agua de mar, 0.003 mpy, 4 1/2 años de exposición, incluyendo condiciones de alta

velocidad.

2.

Cloro húmedo (Con un contenido de agua mayor al 0.005% ).

3. Acido nítrico.

4.

Sales oxidantes.

5. Hipocloritos.

6.

Todos los ambientes naturales (aire, suelo y agua).7. Condiciones reductoras inhibidas (ambientes con ácidos clorhídrico o sulfúrico e



inhibidores oxidantes o con ácidos orgánicos inhibidos y pequeñas cantidades de

agua), neutras (agua potable, salada y salobre, soluciones salinas neutras y suelos

naturales) y oxidantes (ácido nítrico, soluciones oxidantes de cloruro FeCl3 y CuCl2, y

cloro gaseoso húmedo).

El titanio no es resistencia a:

1.

HF, acuoso.

2. Fluor.

3. HCL, H2SO4 en ebullición a concentraciones ácidas mayores al 1%, o a temperatura

ambiente a concentraciones apróximadas del 10% en peso de ácido.

4. Acido oxálico y fórmico.

5.

Concentraciones mayores al 55% de CaCl2, en calderos.

6. Concentrados calientes alcalinos (soluciones caústicas).

7. Sales fundidas (AlCl3, NaCl, LiCl, fluoruros).

8. Exposición a aire, nitrógeno, hidrógeno a alta temperatura.

9.

Soluciones de ácido fosfórico (a concentraciones mayores del 25% en peso).10. Cloro gaseoso seco.

11. Amoniaco anhidro a más de 150oC.

12.

Sulfuro diácido de hidrógeno seco a esta misma temperatura o mayor.

METALES REFRACTARIOS. Estos metales se caracterizan por su muy alto punto de

fusión comparado con el del hierro y acero. Desafortunadamente ellos muestran mala

resistencia a la oxidación a altas temperaturas, y medidas de protección son necesarias

COLUMBIO:

El columbio es resistente a: 1. Mayoria de ácidos orgánicos e inorgánicos.

El columbio es atacado por: 1. Acido Fluorhídrico.

2. Acido Sulfúrico concentrado caliente.

3. Acido clorhídrico.

4. Soluciones alcalinas.

MOLIBDENO:

El molibdeno es resistente a: 1. Acidos fluorhídrico, clorhídrico y sulfúrico.

2. Soluciones acuosas alcalinas.

El molibdeno es atacado por:

1. Acido nítrico.

ZIRCONIO:El zirconio es resistente a:

1. Alcalies.

2. Acido clorhídrico.

3. Acido nítrico.4. Acido sulfúrico.



5. Acido fosfórico.

6. Acidos fórmico, acético, láctico y nítrico.

7. Agua de mar (< 0.01 mpy,15 1/2 semanas de exposición).

8. Agua y vapor.

9. Acidos iodihídrico y bromihídrico.

El zirconio no es resistente a: 1. Cloruros metálicos oxidantes (FeCl3, CuCl2).

2. HF, H2SiF6.

3. Cloro húmedo.

4. O2, N2, H2 a elevadas temperaturas.

5. Agua regia.

6. Acido tricloroacético.

7. > 55% CaCl2.

8. Acidos fluorhidrico, clorhídrico y sulfúrico concentrados calientes.

TANTALIO: El tantalio es resistente a: 1. Acido clorhídrico.

2. Acido nítrico.

3. Acido sulfúrico.

4. Acido crómico, caliente o frío.

5. Acido fosfórico.

6. Gases halógenos.

7. Agua regía.

8. Cloruros metálicos oxidantes.

9. Acidos orgánicos. Láctico, oxálico, acético.

El tantalio no es resistente a: 1. Alcalies.

2. HF, fluoruros.

3. Acido sulfúrico fumante.

4. Oxígeno, nitrógeno, hidrógeno a elevadas temperaturas.

TUNGSTENO:

El tungsteno es resistente a:

1. Acidos.2. Alcalies.

El tungsteno no es resistente a: 1. Soluciones acuosas.

COLUMBIO. Este metal exhibe buena resistencia a la corrosión por ácidos orgánicos e

inorgánicos excepto al ácido fluorhídrico y a los ácidos sulfúrico concentrado caliente y

clorhídrico. Aparentemente la formación de una película de Cb2O5 resulta en protección.

El columbio es malo en soluciones alcalinas.



más económicos para numerosas aplicaciones de corrosión. Su alto valor fragmentado es

una ventaja característica.

METALES NOBLES: ORO: El oro es resistente a:

1. Acido nítrico diluído.2. Acido sulfúrico concentrado caliente.

El oro no es resistente a: 1. Agua regía.

2. Acido nítrico concentrado.

3. Cloro, bromo.

4. Mercurio

5. Cianuros alcalinos.

PLATINO:

El platino es resistente a: 1. Muchos ambientes corrosivos.

El platino no es resistente a: 1. Agua regía.

2. Acido iodihídrico y bromihídrico.

3. Cloruro ferrico.

4. Cloro y bromo.

PLATA:

La plata es resistente a: 1. Acido fluorhídrico.

2. Hidróxido de sodio puro anhidro.

3. Urea.

4. Acidos orgánicos.

La plata no es resistente a: 1. Acido nítrico

2. Acido clorhídrico caliente.

3. Acido iodihídrico y bromihídrico.

4. Mercurio.5. Cianuros alcalinos.

ORO. El oro es uno de los metales más antiguos utilizados por el hombre porque se

establece en la naturaleza en estado puro. Joyeria y monedas representan su primera

aplicación, con joyeria contamos para la mayoria de su consumo diario. En este caso, el

oro es aleado con el cobre porque el oro puro es extremadamente suave. Monedas de oro

son raras. Un kilate es la 1/24 parte, así fino u oro puro es 24 kilates. Los 12 kilates pueden

ser 50% de oro. En adición, el oro y sus aleaciones son usadas para incrustaciones

dentales, contactos eléctricos, dorado, vajilla, equipamiento de procesos químicos

(ejemplo, condensadores y destiladores), circuitos impresores, hojas de oro en cirugía eimplantes humanos, y para propósitos decorativos.



El oro es muy bueno en ácido nítrico diluído y ácido sulfúrico fuerte caliente. Es

atacado por el agua regia, ácido nítrico concentrado, cloro, bromo, mercurio y cianuros

alcalinos.

PLATINO. Las principales propiedades del platino son alta resistencia a la corrosión,elevado punto de fusión, color blanco y ductilidad. Porque es resistente a muchos

ambientes oxidantes y particularmente aire a altas temperaturas, el platino es utilizado para

termocuplas (Pt-PtRh), tanques para fundido de vidrio, crisoles para análisis químico,

espiras para resistencias eléctricas de hornos (aleaciones sobre los 1760oC), y cámaras de

combustión o reacción para ambientes extremadamente corrosivo a temperaturas sobre

982oC. No es atacado por el mercurio.

El platino es atacado por el agua regia, por el ácido Iodhídrico y bromhídrico,

cloruro férrico, y cloro y bromo.

PLATA. La plata es la más conocida para usos como la acuñación y vajilla, en formasólida y de recubrimiento. La plata esterlina no contiene más de 7.5% de cobre para

dureza. La plata pierde su nobleza en contacto con componentes sulfurosos el empañado es

muy conocido. La plata tiene la más alta conductividad eléctrica y térmica de todos los

materiales de contactos. Sirve como contactos eléctricos, interruptores eléctricos de buses,

bronces, sueldas, y aleaciones dentales con mercurio.

La plata es ampliamente usada en la industria química como plata sólida y también

como solución, recubrimiento, o forro bronceado. Las aplicaciones incluyen silenciadores,

bobinas de calentamiento, y condensadores para ácido fluorhídrico puro, evaporadores

para la producción química del hidróxido de sódio anhidro puro, autoclaves para la

producción de urea, y toda clase de equipamiento para la producción de alimentos y drogas

donde la pureza del producto es primordial. Es altamente resistente a los ácidos orgánicos.

La plata es atacada por el ácido nítrico, ácido clorhídrico caliente, ácidos iodhídrico

y bromhídrico, mercurio, y cianuros alcalinos y puede ser corroído por la reducción ácida

si los agentes oxidantes están presentes.

PALADIO. Se parece al platino en muchos aspectos y le sigue en importancia. Su

principal ventaja en comparación con el platino es su menor costo. La aplicación más

importante del paladio es en los contactos para teléfonos; además, se utiliza como

catalizador para eliminar oxígeno de las atmósferas de tratamiento térmico y como filtro para purificar gas hidrógeno. El paladio en hojas se utiliza para efectos decorativos en

encuadernación, rótulos en vidrio y molduras.

Como el platino, el paladio forma soluciones sólidas completas con casi todos los

elementos de aleación.

IRIDIO. Es el elemento más resistente a la corrosión. El iridio puro se ha utilizado para

crisoles en el estudio de las reacciones de escoria a muy altas temperaturas y como

troqueles de extrusión para vidrios de muy alto punto de fusión.

El iridio se usa principalmente como endurecedor para el platino. Pequeñascantidades de iridio, hasta de 0.1 % aproximadamente, se utilizan para refinar el tamaño de



grano y mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones de fundición a base de oro y

plata.

OSMIO. Este metal tiene un alto punto de fusión y no puede trabajarse aun a muy altas

temperaturas. El y sus aleaciones tienen alta dureza, gran resistencia al desgaste y buena

resistencia a la corrosión. Entre las aplicaciones típicas se incluyen puntas para plumasfuente, agujas para fonógrafo, contactos eléctricos y pivotes para instrumentos.

RODIO. Este metal es semejante al platino en color y tiene considerablemente mayor

reflectividad. Posee excepcionalmente alta resistencia a la corrosión, casi igual a la del

iridio; además, proporciona un electrodepositado que no se decolora con alta reflectividad.

Se utiliza como chapas de terminado en joyería y en reflectores para proyectores de

películas y para faros de búsqueda en los aviones. Se utiliza principalmente como elemento

de aleación para platino y paladio.

RUTENIO. Este elemento no puede trabajarse en frío, pero si forjarse a temperaturas

superiores a 1537 oC. La resistencia general a la corrosión del rutenio se aproxima a la deliridio. El metal rara vez se utiliza en la forma pura, excepto como catalizador para la

síntesis de ciertos hidrocarburos. Se emplea principalmente como endurecedor para platino

y paladio.

5.4 NO METALES

5.3.1 CAUCHO SINTETICO Y NATURAL. Las características sobresalientes de los

cauchos y elásticos son resiliencia, o bajo módulo de elásticidad. La flexibilidad cuenta

para la mayoria de aplicaciones tales como tubos, bandas, y llantas de automóviles. Sin

embargo, la resistencia química y a la abrasión, y buena cualidad de aislador, resultan en

muchas aplicaciones corrosivas. El caucho y el ácido clorhídrico forman una combinación

natural para encauchar lineas de tuberías de acero y tanques que podrán tener muchos años

en servicio.

Generalmente hablando el caucho natural tiene mejores propiedades mecánicas

(resiliencia y resistencia al corte) que los sintéticos o cauchos artificiales, pero los

sintéticos tienen mejor resistencia a la corrosión.

CAUCHO NATURAL. Organicamente hablando, el caucho es una molécula de cadena

larga de isopreno (polyisoprene). Viene desde árboles como un líquido latex. El caucho

suave tiene una temperatura límite de alrededor de 71

o

C. Esta temperatura límite puede serelevada a cerca de 82oC por endurecimiento fuerte aleandolo. Adicionando azufre y

calentandolo hace que el caucho se endurezca y se vuelva frágil.

Los caucho semiduro y duro son usados para llantas, forros de tanques, y muchos

otros artículos. La resistencia a la corrosión usualmente se incrementa con la dureza. En el

caso de forros de tuberias y tanques el caucho es usualmente aplicado suave y luego

curado en el sitio (para grandes artículos) o en autoclaves. El módulo de elásticidad varia

fuertemente desde 500 a 500.000 lb/pulg.2 para el caucho suave y duro, respectivamente.

CAUCHO SINTETICO. Una amplia variedad de cauchos sintéticos están disponibles,

incluyendo combinaciones con plásticos. Productos de aporte plastificantes y



endurecedores son mezclados para obtener un gran rango de propiedades elásticidad,

resistencia a la temperatura, y resistencia a la corrosión.

La tabla 5.1 ilustra estos aspectos. Notese las variaciones que se obtienen en

dureza, elongación, resistencia a la tensión, elasticidad, resistencia a la temperatura,

resistencia al desgarre y resistencia a la corrosión. Los cauchos Neopreno y nitrilo poseenresistencia a los aceites y gasolina. Una de las primeras aplicaciones del neoprene fue y es

mangueras de gasolina. Una característica sobresaliente del caucho butyl es

impermeabilidad a los gases. Esto cuenta para su uso como cámaras de aire y

equipamiento de procesos tales como juntas de estanqueidad para tanques flotantes de

almacenamiento fijo. El caucho butyl exhibe la mejor resistencia a los ambientes oxidantes

tales como el aire y el ácido nítrico diluído. Los cauchos Neopreno y Nitrilo para el manejo

de hidróxido de sodio fuerte.

Uno de los nuevos elastómeros es el polietileno clorosulfonado (Hypalon) el cual

posee superior resistencia a los ambientes oxidantes tales como al ácido sulfúrico al 90% y

al ácido nítrico al 40% a la temperatura ambiente.

Los cauchos suaves son mejores para la resistencia a la abrasión. Un común error

realizado, es usar cauchos duros para condiciones de corrosión por erosión. Los

recubrimientos pueden también consistir de capas de cauchos duros y suaves.

La química y composición de todos los tipos de cauchos son bastante complejas, y

la información no es realmente disponible para consumidores.

5.3.2 PLASTICOS. La producción y utilización de plasticos fue incrementada durante los

últimos 15 años. Los plásticos son sustancias orgánicas a las que se puede dar formas

diversas adaptadas a la producción de componentes estructurales. Estos materiales salieron

a la luz como resultado de la continua busqueda de sustitutos artificiales que funcionaran

mejor o pudieran producirse a menor costo que los materiales naturales, como madera,

vidrio, y metales, los cuales requieren extracción, refinación, procesamiento, labrado a

máquina y acabado. La conformación se hace ordinariamente por calor y presión.

Los plásticos son ahora disponibles en una amplia variedad de formas incluyendo

bolas de billar, bombas, válvulas, tubos, ventiladores, puntas de toberas de inyectores,

aeroplanos, capotas de autos, teléfonos, géneros de punto, cabinas de radio, aisladores,

manguitos, poleas, ceras, recipientes manuales, roldanas de válvulas, y otros implantes

humanos. Los plásticos son producidos por fundición, moldeo, extrusión, y satinado. Ellos

están disponibles como partes sólidas, forros, revestimientos, espumas, fibras, y películas

ii

.

Los plásticos se dividen en dos clases, los termoplásticos y los termoendurecibles.

A. TERMOPLASTICOS. Son aquellos que se ablandan cuando se los calienta. Estan

constituidos por resinas de polimerización. Pueden ser modificados en su forma por medio

del calor. Sus moléculas estan unidas por enlaces o fuerzas intermoleculares.

FLUOROCARBUROS. El teflón y otros fluorocarburos son los nobles de los plásticos

debido a que ellos son resistentes a la corrosión practicamente a todos los ambientes arriba

de 290oC. Ellos consisten de carbono y fluor. El primer politetrafluoretileno fue producido

por la Du Pont y designado con el nombre de Teflón (TFE).



VINILES. Muchos de ellos son copolímeros del vinil clorado y acetáto de vinil. Algunos

usos son tubos, fundas de embalaje, baldosas de piso, fibras, discos de fonógrafo,

impermeables, mangueras de jardín y aisladores.

B. PLASTICOS TERMOESTABLES. Son aquellos que experimentan cambios

químicos y se endurecen cuando se los calienta, no se funden sino que se carbonizan y sedescomponen. Sus moléculas están unidas con enlaces químicos que se consiguen

introduciendo endurecedores en los plásticos. Es decir, se endurecen o curan por la

aplicación del calor y sobre los cuales no tiene ningún efecto de ablandamiento un

calentamiento ulterior. Estan constituidos por resinas de condensación.

En términos generales, los materiales termoestables tienen mejores propiedades

mecánicas y mayor resistencia al calor que los termoplásticos.

RESINA EPOXI. Epon, durcon, araldite, y otras epoxis representan la más perfecta

combinación de resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas. Las epoxis estan

disponibles como productos fundidos, extrusiones, láminas, adhesivos y recubrimientos.

Estas resinas tienen excepcionales condiciones de dureza, flexibilidad y, en general

buenas propiedades mecánicas y eléctricas.

RESINAS FENOLICAS. Los materiales fenólicos (Baquelita, durez, resinox) están

basados principalmente en el fenol-formaldehido. Estoa materiales se combinan con

rellenos fibrosos para producir una resina fenólica, que cuando se calienta experimenta la

rápida y completa formación de enlaces cruzados que originan estructuras altamente

cruzadas, que tienen elevada dureza, rigidez, resistencia mecánica, térmica y química, y

buenas propiedades eléctricas. Además de las propiedades anotadas, resisten

razonablemente los ácidos que no sean fuertemente oxidantes; los álcalis tienen un efecto

que depende de la concentración. Son extremadamente resistentes a los disolventes

orgánicos.

Entre las aplicaciones de las resinas fenólicas se consideran partes de automóviles

(cubiertas de distribuidores, rotores, forros de freno), mangos de utensilios de cocina,

perillas, componentes eléctricos y electrónicos (conectores, interruptores, conmutadores,

disyuntores), microteléfonos, tapones de botellas, agitadores de máquinas lavadoras, cajas

para radios pequeños. Se emplea en forma de barnices, de colas, cementos, y de polvos

para moldeo.

POLIESTERES. Los plásticos poliesteres (Mylar, dracon, dypol, vibrin) son másconocidos para el publico en general por su uso en vidrios espaciales de satélites.

En combinación con materiales de refuerzo, como fibra de vidrio, las resina

curadas presentan notable resistencia mecánica, gran rigidez, elevada relación peso

resistencia, resistencia al impacto y química. Los poliesteres se emplean para la fabricación

de carrocerias de automóviles, cascos de embarcaciones ligeras, estuches de aparatos,

componentes elèctricos y electrónicos, bandejas para usos domésticos, y también

mezcladas con otras fibras para la fabricación de tejidos.

SILICONES. Los silicones son sobresalientes por su resistencia en caliente. Las

propiedades mecánicas cambian poco con variaciones en la temperatura. Estos pláticosdifieren de los demás, en que un importante ingrediente es el silicio inorgánico.



Los silicones son totalmente insolubles en todos los disolventes corrientes, repelen

la humedad, tienen una gran resistencia a los ácidos y excelentes propiedades eléctricas. Y

sobre todo son extraordinariamente estables al calor y a la luz.

UREAS. Las ureas (Lauxite, beetle, avisco) son la segunda clase importante, después delas fenólicas. Ellas están basadas en Urea y formaldehído. La resistencia a la corrosión no

es buena. Estas resinas son fabricadas de la misma manera que las de fenol-formaldehído,

y proporciona productos de propiedades comparables, con algunas excepciones.

Las soluciones acuosas se emplean para impregnación de papel (alta resistencia a la

humedad), tejidos, amianto, etc.; como adhesivos para la fabricación de tableros

contrachapados, y como cola, barnices, lacas, etc. Otras aplicaciones tipicas comprenden

utensilios de mesa (platos, vasos, etc.), material eléctrico y pantallas para alumbrado.

5.3.3 CERAMICOS. Estan compuestos de elementos metálicos y no metálicos. Un

simple ejemplo es el MgO u magnesia. En general, comparando con los metales, loscerámicos resisten altas temperaturas, tienen mejor resistencia a la corrosión y abrasión,

incluyendo resistencia a la corrosión por erosión y son buenos aislantes; pero los cerámicos

son frágiles, poco resistentes a la tensión y sujetos a los choques térmicos. La mayoria de

los materiales cerámicos exhiben buena resistencia a los químicos con las excepciones del

ácido fluorhídrico y sustancias caústicasiii.

CERAMICA VITRIFICADA Y PORCELANA. Ambos cumplen muchas aplicaciones

por su buena resistencia a la corrosión. Las partes de porcelana son usualmente pequeñas

en tamaño que las de cerámica vitrificada, y la porcelana es menos porosa.Ambas pueden

ser vitrificadas por simple desoxidación. La cerámica vitrificaday la porcelana muestran

resistencias a la tensión de cerca de 2000 a 5000 lb/pulg.2, respectivamente. Sumideros de

cerámica vitrificada, vasijas, y otros recipientes, torres de absorción, tubos, válvulas y

bombas están disponibles. De la porcelana puede ser hecha en forma similar

equipamientos y es ampliamente usada como aisladores y bujías de encendido.

VIDRIO. El vidrio es un óxido inorgánico amorfo, principalmente silice, enfriado

adquiere una condición de rigidez sin cristalización. El vidrio para artículos de laboratorio,

tal como el Pyrex, y recipientes son bién conocidos. Tuberias y bombas son disponibles.

Transparentes son utilizados para equipos tales como medidores de flujo. Las fibras de

vidrio son usadas para filtros de aire, aisladores, y plásticos reforzados. El ácido

fluorhídrico y soluciones cáusticas atacan el vidrio, y presenta un ligero ataque en agua

caliente.

CONCRETO. Tanques y tubos son hechos de concreto se utilizan para el manejo de

corrosivos suaves. Para ambientes agresivos el concreto es protegido por recubrimientos o

forros.

Ellos son usados para resistir metales fundidos, escoria y gases calientes.

CARBONO Y GRAFITO. El grafito es una modificación cristalina del carbono. Son los

únicos no metálicos que son buenos conductores del calor y de la electricidad. Alta

conductividad térmica resulta en excelente resistencia al choque térmico. Ellos son usados

para intercambiadores de calor, columnas, bombas, y ánodos de corriente impresa. Ellosson débiles y frágiles comparados con los metales. El carbono y el grafito son inertes a

Capitulo 5. Materiales de Ingenieria

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