Ingenieria y Ciencia de los materiales

Presentado por

MsING Alberto landauro

Estructura atoacutemica

Para Ernest Rutherford el aacutetomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un nuacutecleo atoacutemico pesado y con carga eleacutectrica positivaEl moacutedelo atoacutemico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera El aacutetomo posee un nuacutecleo central pequentildeo con carga eleacutectrica positiva que contiene casi toda la masa del aacutetomo Los electrones giran a grandes distancias alrededor del nuacutecleo en oacuterbitas circulares En la actualidad seguacuten la mecaacutenica cuaacutentica el aacutetomo se compone de un nuacutecleo (protones+neutrones) con carga positiva rodeado de una nube difusa de electrones con carga negativa y unido al nucleo por atraccioacuten couloacutembica (cargas positivas y negativas) El electroacuten es una partiacutecula pero su movimiento en el campo potencial (couloacutembico) en torno al nuacutecleo relativamente estacionario se puede representar mediante una funcioacuten de onda siendo asiacute el principio del comportamiento dual de un electroacuten

Estructura atoacutemica seguacuten Ernest Rutherford

Modelo schroumldinger

Funcioacuten de onda

La posicioacuten del electroacuten en un momento dado no se puede especificar de manera definida sino que esta indicada por la densidad de la probabilidad seguacuten la ecuacioacuten(I) siendo la densidad de probabilidad la probabilidad de encontrar el electroacuten en un volumen pequentildeo dv situado en el punto(xyz) del espacio

Para el aacutetomo de Hidroacutegeno la funcioacuten de onda en funcioacuten de r

r=radio respecto al nuacutecleo

(I) 2

adprobabiliddedensidaddv

222 4 rdv

Ecuacioacuten de schroumldinger E=energiacutea del electroacuten en movimientoV=energiacutea potencial debido a que el electroacuten esta unido al nuacutecleo por atraccioacuten couloacutembica (atraccioacuten electrostaacutetica de cargas positivas y negativas)

(II) 0)(d

rschrodinge deecuacioacuten

onda de

2

(I)

2

2

2

VEdx

longitud

xAsen

simplemaacutesondadefuncioacutenla

adprobabiliddedensidaddv

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Estructura atoacutemica

Para Ernest Rutherford el aacutetomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un nuacutecleo atoacutemico pesado y con carga eleacutectrica positivaEl moacutedelo atoacutemico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera El aacutetomo posee un nuacutecleo central pequentildeo con carga eleacutectrica positiva que contiene casi toda la masa del aacutetomo Los electrones giran a grandes distancias alrededor del nuacutecleo en oacuterbitas circulares En la actualidad seguacuten la mecaacutenica cuaacutentica el aacutetomo se compone de un nuacutecleo (protones+neutrones) con carga positiva rodeado de una nube difusa de electrones con carga negativa y unido al nucleo por atraccioacuten couloacutembica (cargas positivas y negativas) El electroacuten es una partiacutecula pero su movimiento en el campo potencial (couloacutembico) en torno al nuacutecleo relativamente estacionario se puede representar mediante una funcioacuten de onda siendo asiacute el principio del comportamiento dual de un electroacuten

Estructura atoacutemica seguacuten Ernest Rutherford

Modelo schroumldinger

Funcioacuten de onda

La posicioacuten del electroacuten en un momento dado no se puede especificar de manera definida sino que esta indicada por la densidad de la probabilidad seguacuten la ecuacioacuten(I) siendo la densidad de probabilidad la probabilidad de encontrar el electroacuten en un volumen pequentildeo dv situado en el punto(xyz) del espacio

Para el aacutetomo de Hidroacutegeno la funcioacuten de onda en funcioacuten de r

r=radio respecto al nuacutecleo

(I) 2

adprobabiliddedensidaddv

222 4 rdv

Ecuacioacuten de schroumldinger E=energiacutea del electroacuten en movimientoV=energiacutea potencial debido a que el electroacuten esta unido al nuacutecleo por atraccioacuten couloacutembica (atraccioacuten electrostaacutetica de cargas positivas y negativas)

(II) 0)(d

rschrodinge deecuacioacuten

onda de

2

(I)

2

2

2

VEdx

longitud

xAsen

simplemaacutesondadefuncioacutenla

adprobabiliddedensidaddv

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Estructura atoacutemica seguacuten Ernest Rutherford

Modelo schroumldinger

Funcioacuten de onda

La posicioacuten del electroacuten en un momento dado no se puede especificar de manera definida sino que esta indicada por la densidad de la probabilidad seguacuten la ecuacioacuten(I) siendo la densidad de probabilidad la probabilidad de encontrar el electroacuten en un volumen pequentildeo dv situado en el punto(xyz) del espacio

Para el aacutetomo de Hidroacutegeno la funcioacuten de onda en funcioacuten de r

r=radio respecto al nuacutecleo

(I) 2

adprobabiliddedensidaddv

222 4 rdv

Ecuacioacuten de schroumldinger E=energiacutea del electroacuten en movimientoV=energiacutea potencial debido a que el electroacuten esta unido al nuacutecleo por atraccioacuten couloacutembica (atraccioacuten electrostaacutetica de cargas positivas y negativas)

(II) 0)(d

rschrodinge deecuacioacuten

onda de

2

(I)

2

2

2

VEdx

longitud

xAsen

simplemaacutesondadefuncioacutenla

adprobabiliddedensidaddv

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Modelo schroumldinger

Funcioacuten de onda

La posicioacuten del electroacuten en un momento dado no se puede especificar de manera definida sino que esta indicada por la densidad de la probabilidad seguacuten la ecuacioacuten(I) siendo la densidad de probabilidad la probabilidad de encontrar el electroacuten en un volumen pequentildeo dv situado en el punto(xyz) del espacio

Para el aacutetomo de Hidroacutegeno la funcioacuten de onda en funcioacuten de r

r=radio respecto al nuacutecleo

(I) 2

adprobabiliddedensidaddv

222 4 rdv

Ecuacioacuten de schroumldinger E=energiacutea del electroacuten en movimientoV=energiacutea potencial debido a que el electroacuten esta unido al nuacutecleo por atraccioacuten couloacutembica (atraccioacuten electrostaacutetica de cargas positivas y negativas)

(II) 0)(d

rschrodinge deecuacioacuten

onda de

2

(I)

2

2

2

VEdx

longitud

xAsen

simplemaacutesondadefuncioacutenla

adprobabiliddedensidaddv

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Funcioacuten de onda

La posicioacuten del electroacuten en un momento dado no se puede especificar de manera definida sino que esta indicada por la densidad de la probabilidad seguacuten la ecuacioacuten(I) siendo la densidad de probabilidad la probabilidad de encontrar el electroacuten en un volumen pequentildeo dv situado en el punto(xyz) del espacio

Para el aacutetomo de Hidroacutegeno la funcioacuten de onda en funcioacuten de r

r=radio respecto al nuacutecleo

(I) 2

adprobabiliddedensidaddv

222 4 rdv

Ecuacioacuten de schroumldinger E=energiacutea del electroacuten en movimientoV=energiacutea potencial debido a que el electroacuten esta unido al nuacutecleo por atraccioacuten couloacutembica (atraccioacuten electrostaacutetica de cargas positivas y negativas)

(II) 0)(d

rschrodinge deecuacioacuten

onda de

2

(I)

2

2

2

VEdx

longitud

xAsen

simplemaacutesondadefuncioacutenla

adprobabiliddedensidaddv

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ecuacioacuten de schroumldinger E=energiacutea del electroacuten en movimientoV=energiacutea potencial debido a que el electroacuten esta unido al nuacutecleo por atraccioacuten couloacutembica (atraccioacuten electrostaacutetica de cargas positivas y negativas)

(II) 0)(d

rschrodinge deecuacioacuten

onda de

2

(I)

2

2

2

VEdx

longitud

xAsen

simplemaacutesondadefuncioacutenla

adprobabiliddedensidaddv

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Planck -- Bohr

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Einstein-Rutherford

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

De Broglie - schroumldinger

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Heisenberg

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Masa atoacutemica

El nuacutemero de masa atoacutemica A=Z+N donde Z= nuacutemero de protones y N= nuacutemero de neutrones No todos los aacutetomos de un elemento dado tienen la misma masa atoacutemica La mayoriacutea de los elementos tiene dos oacute maacutes isoacutetopos aacutetomos que tienen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero con diferentes valores de N

M = masa atoacutemica del elemento gmol Ai = masa atoacutemica de cada isoacutetopo xi = porcentaje de cada isoacutetopo en la mezcla

100

)(xiAiM

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

A=Z+N

13 nuacutemero maacutesico = A6= nuacutemero atoacutemico= Z

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

M=masa atoacutemica gmol (peso atoacutemico)

La plata natural estaacute constituida por una mezcla de dos isoacutetopos de nuacutemeros maacutesicos 107 y 109 Sabiendo que abundancia isotoacutepica es la siguiente 107Ag =56 y 109Ag =44 Calcular la

masa atoacutemica en gmol (peso atoacutemico) de la plata natural

molgxxxiAi

M 88107100

1094410756

100

)(

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Modelos atoacutemicos

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Nuacutecleo- electrones

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Energiacutea de enlace del nuacutecleo

2

10

11

)()()(

cmE

MnmZAHmZm

MeveV

MeVx

Jx

eVJxE

JxsmKgxE

Kgxm

u

Kg

calcular

uMBedelatomicamasalaEjemplo

693710

1

1061

11003766

1003766)103(107080436

107080436

1

166053x100040397x0040397um

70169-)4)(100866-(72)4(1007825m

4Z7Aenlace de energia la

01697

61912

122829

29

27-

74

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten

11

1

1

nm

nb

m

x

nb

x

maR

FbFaR

Frx

nbF

x

maFa

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Equilibrio si R=0

0

0

0

)(1

0

x

nm

mn

RdxErroturadeenergia

xxsimiacutenimox

b

x

aRdxEp

espotencialenergialadx

dEpR

ma

nbxRSi

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Problema sabiendo que la energia potencial entre dos moleacuteculas tiene la siguiente ecuacioacuten(1)calculara)la constante de repulsioacuten b en funcioacuten de a y x0 b)Energia potencial miacutenima C)resultante de las fuerzas de interaccioacuten

11

40

7117

60

600

6100

40

60

(min)

40

110

70

0

106

16

106)

5

2

5

353

)

5

3

01060)

x

x

xa

x

b

x

a

dx

dEpRc

x

a

x

a

x

a

x

ax

x

aEpb

axb

bxaxdx

dEpxxa

x

b

x

aEp

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Redes de Bravais Bravais

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Sistemas cristalinos

1048708Sistemas Cristalinos estaacuten compuestos por aacutetomos moleacuteculas o iones organizados de una forma perioacutedica en las tres dimensiones Las posiciones ocupadas siguen una ordenacioacuten que se repite para grandes distancias atoacutemicas

1048708

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Celda unitaria

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cuacutebico centrado en las caras

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

CCC

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FCC

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

2310

Ejemplo a) iquestCuaacutel es la masa en gramos de un aacutetomo de cobre Solucioacuten a) La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol Teniendo en cuenta que en 6354 g de cobre hay 6023 aacutetomos el nuacutemero de gramos en un aacutetomo de cobre es 6354 gmol Cu = 602 aacutetomosmol X gramos = 1 atomo

X = 6354 gmol 1 aacutetomo 602 aacutetomosmol

X=105 gramos

2310

2310

2210

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ejemplo

El revestimiento (la capa exterior) de la moneda de cuarto de doacutelar de Estados Unidos estaacute compuesta de una aleacioacuten de 75 en peso de cobre y 25 de niacutequel iquest Cuaacuteles son los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel contenidos en este material

masa atoacutemica del Cu = 6354 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Tomando como base 100 g de la aleacioacuten Entonces de moles de Cu = (75 g) (6354 gmol) = 11803 moles de moles de Ni = (25 g) (5869 gmol) = 04260 moles moles totales = 16063 moles Asiacute los porcentajes atoacutemicos de cobre y niacutequel seraacuten atoacutemico Cu = (11803 mol) (16063 mol) x 100 = 735 atoacutemico Ni = (04260 mol) (16063 mol) x 100 = 265

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ejemplo

Un compuesto intermetaacutelico tiene por foacutermula quiacutemica general NixAly

donde x e y son nuacutemeros enteros sencillos y consta de un 4204 en peso de niacutequel y un 5796 en peso de aluminio iquestCuaacutel es la foacutermula maacutes sencilla de este compuesto

masa atoacutemica del Al = 2698 masa atoacutemica del Ni = 5859 Solucioacuten Utilizando una base de 100 g de compuesto tenemos 4204 g de Ni y 5796

g de Al de Moles de Ni = (4202 g) (5871 gmol) = 07160 moles de moles de Al = (5796 g) (2698 gmol) = 21483 moles moles totales = 28643 Asiacute fraccioacuten molar de Ni = (07160 mol) (28643 mol) = 025 fraccioacuten molar de Al = (21483 mol) (28643 mol) = 075 entonces Ni 025Al 075 multiplicando por 4 NiAl3

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Unioacuten metaacutelica

UNIOacuteN METAacuteLICA

Los aacutetomos liberan sus electrones de valencia los que forman una nube de electrones en torno a los iones positivos Esta unioacuten se forma con elementos de bajo numero de electrones de valencia que son mas faacuteciles de quitar La unioacuten es electrostaacutetica entre aacutetomos positivos y electrones y no es direccional (adireccional)

La nube de electrones o gas de electrones es un gas moacutevil y es la base de la alta conductividad eleacutectrica de los metales

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

hellip

Los electrones de valencia estaacuten deacutebilmente enlazados a los iones positivos y pueden moverse faacutecilmente dentro del soacutelido cristalino Esto genera las siguientes propiedades

- Buena conductividad eleacutectrica (movilidad electrones) - Buena conductividad teacutermica (colisioacuten electrones) - Opacos y reflectantes (electrones absorben energiacutea de la luz y no

dejan espacios fijos para su paso) Cristales metaacutelicos pueden crecer faacutecilmente en 3 direcciones Los elementos metaacutelicos tienen maacutes naturaleza metaacutelica cuando

aumenta el nuacutemero atoacutemico Los electrones externos estaacuten maacutes alejados del nuacutecleo tiene mayor energiacutea por lo que necesitan menor energiacutea para desprenderse y se pueden soltar maacutes faacutecilmente

Metales son duacutectiles y maleables La mayoriacutea de metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas (ductilidad) Los aacutetomos se deslizan unos sobre otros sin distorsionar la estructura del enlace metaacutelico

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

celdas unitarias

Celdas unitarias Introduccioacuten La celda unitaria es la subdivisioacuten de la red

cristalina que sigue conservando las caracteriacutesticas generales de toda la red En este texto se veraacute la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta En la figura se muestra una celda unitaria en una red Al apilar celdas unitarias ideacutenticas se puede construir toda la red

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Direcciones cristalograacuteficas

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Direcciones

(a) [100] y [110] (b) [112] (c) [-110] (d) [32-1]

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Iacutendices de miller

Consideacuterese ahora el plano de cristal cuacutebico mostrado en la Figura siguiente con intersecciones 13231 Los reciacuteprocos son 3321 Puesto que no estaacuten permitidas intersecciones fraccionariacuteas estas intersecciones han de ser multiplicadas por dos para convertir la fraccioacuten 32 en un nuacutemero entero Asiacute la interseccioacuten reciacuteproca se convierte en 6 3 2 y los iacutendices de Miller son (632)

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Factor de empaquetamiento

Factor de acomodamiento (empaquetamiento) Atoacutemico se puede definir como

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FCC- CCC

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

CCC

CCC

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cuacutebico centrado en el cuerpo

CCC

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FCC- CCC

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FCC

FCC

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FCC

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Hexagonal

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Hexagonalhellip( c= altura de la celda)

Calculo Factor de empaquetamiento y densidad

3

2

3

2

3

gcm (densidad)

2

3

2

6403

42

2

3

23

42

632

1212

6

1

caN

Md

V

Rx

ca

ax

Fe

xxn

avogadro

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Densidad volumeacutetrica Con el mismo principio que se usa para el factor de acomodamiento

usando la masa del soacutelido en vez del volumen se puede obtener un valor para la densidad volumeacutetrica usando la ecuacioacuten

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

EJEMPLO DENSIDAD VOLUMETRICA

El cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atoacutemico de 01278 nm Considerando que los aacutetomos son esferas compactas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC como muestra la figura calcuacutelese el valor teoacuterico de la densidad del cobre en megagramos por metro cuacutebico La masa atoacutemica del cobre es 6354 gmol (FCC = estructura cristalina cubica centrada en las caras)

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Solucioacuten

Para la celda unidad FCC = 4R donde a es la dimensioacuten del lado del cristal y R es el radio atoacutemico de Cu

Densidad volumeacutetrica del cobre = masavolumen En la celda unidad hay cuatro aacutetomos Cada aacutetomo de cobre tiene una masa de

(6354 gmol)(602 x 10(23) aacutetomomol) El volumen de la celda de unidad del Cu es

La densidad del cobre es

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Defectos puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizaacute varios aacutetomos Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los aacutetomos al ganar energiacutea por calentamiento durante el procesamiento del material mediante la introduccioacuten de impurezas o intencionalmente a traveacutes de las aleaciones

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Nv=nuacutemero de defectos puntuales

eVpuntual defectoun crear para necesaria energiaEv

KordmT constante

ordm862x10Boltzmann de constante 6-

C

M

Nn

KeVk

Cenn

opesoatomic

avogadrositios

TkEv

sitios

v

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Vacancias

Huecos Un Hueco se produce cuando falta un aacutetomo en un sitio normal Las vacancias

se crean en el cristal durante la solidificacioacuten a altas temperaturas o como consecuencia de dantildeos por radiacioacuten A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero eacutestas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Defectos intersticiales

Defectos intersticiales Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un aacutetomo adicional en una posicioacuten

normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina Los aacutetomos intersticiales aunque mucho maacutes pequentildeos que los aacutetomos localizados en los puntos de la red auacuten asiacute son mayores que los sitios intersticiales que ocupan en consecuencia la red circundante aparece comprimida y distorsionada Los aacutetomos intersticiales como el hidroacutegeno a menudo estaacuten presentes en forma de impurezas los aacutetomos de carbono se agregan al hierro para producir acero Una vez dentro del material el nuacutemero de aacutetomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante incluso al cambiar la temperatura

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Vacancia

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Defectos sustitucionales

Defectos sustitucionales Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un aacutetomo por otro de un

tipo distinto El aacutetomo sustitucional permanece en la posicioacuten original Cuando estos aacutetomos son mayores que los normales de la red los aacutetomos circundantes se comprimen si son maacutes pequentildeos los aacutetomos circundantes quedan en tensioacuten En cualquier caso el defecto sustitucional distorsiona la red circundante Igualmente se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y una vez introducido el nuacutemero de defectos es relativamente independiente de la temperatura

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

granos

Soacutelidos policristalinos (poligranulares) Los materiales no son formados por una sola estructura repetitiva sino son formados por una serie de

granos los cuales a su vez estaacuten formados por las estructuras que describimos anteriormente Cada grano tiene su estructura orientada en forma diferente a sus vecinos Esto hace que los planos de deslizamiento en el material no tengan todos la misma direccioacuten haciendo el material isotroacutepico ( responde de igual manera cualquiera sea la direccioacuten de aplicacioacuten de la carga) es importante hacer notar que los defectos y las dislocaciones se encuentran y se mueven dentro de cada grano el que es con ordenamiento de largo alcance

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Defectos Lineales ( Dislocaciones

Defectos Lineales ( Dislocaciones) Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una

red que de otra forma seriacutea perfecta Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacioacuten del material o al deformarlo Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes incluyendo los materiales ceraacutemicos y los poliacutemeros son de particular utilidad para explicar la deformacioacuten y el endurecimiento de los metales Podemos identificar dos tipos de dislocaciones la dislocacioacuten de tornillo y la dislocacioacuten de borde

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dislocacioacuten de tornillo oacute de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo La dislocacioacuten de tornillo se puede

ilustrar haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto torcieacutendolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un aacutetomo

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dislocacioacuten helicoidal o de tornillo

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dislocacioacuten de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dislocaciones de borde

Dislocaciones de borde Una dislocacioacuten de borde se puede ilustrar

haciendo un corte parcial a traveacutes de un cristal perfecto separaacutendolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de aacutetomos adicional El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacioacuten de borde

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

a) Dislocacioacuten de borde b) dislocacioacuten helicoidal oacute tornillo

de borde

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

DeslizamientoEstructura

cristalina

Plano de deslizamiento

Direccioacuten de deslizamiento

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en el cuerpo

110

112

123

lt111gt

Metales

con estructura

cuacutebica centrada

en las caras

111 lt110gt

Metales

con estructura

hexagonal

0001 lt100gt

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Deslizamiento de dislocaciones

Aunque en algunos materiales ceraacutemicos y poliacutemeros puede ocurrir deslizamiento el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecaacutenico de los metales

En primer teacutermino el deslizamiento explica por queacute la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metaacutelico Si ocurre el deslizamiento soacutelo es necesario que se rompa en alguacuten momento una pequentildea fraccioacuten de todas las uniones metaacutelicas a traveacutes de la interfase por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequentildea

Segundo el deslizamiento le da ductilidad a los metales Si no hay dislocaciones presentes una barra de hierro seriacutea fraacutegil los metales no podriacutean ser conformados utilizando los diversos procesos que involucran la deformacioacuten para obtener formas uacutetiles como la forja

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

helliphellip

En tercer lugar controlamos las propiedades mecaacutenicas de un metal o aleacioacuten al interferir el movimiento de las dislocaciones Un obstaacuteculo introducido en el cristal impediraacute que en una dislocacioacuten se deslice a menos que apliquemos mayor fuerza Si es necesario aplicar una fuerza superior entonces el metal resulta ser maacutes resistente Estos obstaacuteculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano En cuarto lugar se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamantildeo de grano o introduciendo aacutetomos de diferente tamantildeo que son las aleaciones En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones La densidad de dislocaciones o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes Densidades de dislocacioacuten de 106 cmcm3 son tiacutepicas en los metales maacutes suaves en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1012 cmcm3 deformando el material

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Estructuras de superficie

Defectos de superficie Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalograacuteficas distintas y la superficie externa de un material

Fronteras de grano La microestructura de la mayor parte de los materiales estaacute formada por

muchos granos Un grano es una porcioacuten del material dentro del cual el arreglo atoacutemico es ideacutentico (monocristal) En la figura se muestran de manera esquemaacutetica tres granos la red de cada uno de ellos es ideacutentica pero estaacuten orientados de manera distinta La frontera de grano que es la superficie que separa los granos es una zona estrecha en la cual los aacutetomos no estaacuten correctamente espaciados

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Diagrama de Fases--Solubilidad total en el estado soacutelido

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Diagramas de enfriamiento

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Solubilidad total

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

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4

0

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entoncest

Ztablat

Z

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s

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D

Xerf

CC

CC

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erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cu-Ni

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Eutectico

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Pb-Sn

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Pb-Sn

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Pb-Sn

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Al-Si

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Eutectoide

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Peritectico

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

L

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Solubilidad parcial en el estado liacutequido

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Fase Intermetalica (estequiomeacutetrico)

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Diagrama de Fases magnesio-niacutequel En este diagrama hay dos compuestos intermetaacutelicos Mg2Ni y MgNi2

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Intermetalico (estequiomeacutetrico)

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ferrita y fase Gamma-inox aust

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cu-Zn

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cu-Sn

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cu-Sn

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cordm723

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Fe-C

Acero008C-A 20C

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Al-Ni

Al-Ni

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ni-Nb

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

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10281

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4

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entoncest

Ztablat

Z

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s

mxerf

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CC

CC

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z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Clase I

L

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Clase II

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Clase III

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Punto triple-evaporacion de metales

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Tensioacuten- Deformacioacuten

Ensayo de traccioacuten Con los datos obtenidos de este ensayo se pueden formular

relaciones cuantitativas de carga-alargamiento Estos datos nos daraacuten una respuesta solo para la probeta ensayada con sus dimensiones propias Para generalizar el concepto introduciremos los conceptos de deformacioacuten unitaria (e) que se define como el cambio unitario de la longitud inicial de la probeta y tensioacuten unitaria (s)que se define como fuerza por unidad de aacuterea de la probeta

o sea Siendo delta L la deformacioacuten total de la probeta y L su longitud original antes de aplicar la

carga Tensioacuten (s) Siendo F la carga aplicada y A el aacuterea transversal original de la probeta Con estos datos se puede encontrar la curva tensioacuten deformacioacuten

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Probeta

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

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H

S

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Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Probetas

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Tensioacuten-deformacioacuten 1MPa=98 Kgmm2

E

Maacutexima

fluenciadeliacutemite

alidadproporciondeliacutemite

R

E

P

Hooke deley

traccioacutenla a aresistenci

delasticida de liacutemite

F

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

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10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Rotura de probetas

Duacutectil-Fraacutegil

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

duacutectil

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Mismo tipo de acero-diferente resistencia

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

-Ensayos de Dureza

Rockwell-B-C

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Rockwell C

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Rockwell

RockwellB 100KgBola de 116ldquo Materiales de dureza

media aceros al carbono bajos y medios latoacuten bronce etcC

RockwellC 150KgCono de diamante Aceros

endurecidos aleaciones endurecidas y revenidas

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dureza Rockwell B

F0=10 Kg F1=90 Kg

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

rockwell

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dureza Brinell

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dureza Vickers

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Dureza

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ensayo de impacto

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Probeta Charpy

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ductil-fragil

Probetas con entalla V charpy

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Impacto

Fraacutegil-Duacutectil

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Acero al C

C Mn ksi Mpa ksi Mpa1010 010 040 Laminado en caliente 40-60 276 26-45 179-310 28-47

1020 020 045 Recieacuten laminado 65 448 48 331 36

1040 040 045 Recieacuten laminado 90 621 60 414 25

1060 060 065 Recieacuten laminado 118 814 70 483 17

1080 080 080 Recieacuten laminado 140 956 85 586 12

1095 095 080 Recieacuten laminado 140 980 83 573 9 Troqueles cuchillas cizallas hojas de tijeras cables de alta resistencia a la traccioacuten

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de los aceros de carbono ordinario

Ejes engranajes chapas de acero y secciones estructurales

Ejes clavos tuberiacuteas de gran resistencia a la traccioacuten engranajes barra construcioacuten

Alambres para resortes troqueles de forja ruedas de ferrocarril

Alambres para muacutesica resortes helicoidales troqueles de forja cinceles

Nuacutemero AISI-SAE

de aleacioacuten

Composicioacuten quiacutemica en peso Tratamiento

Planchas yflejes para trefilado cables clavos tornillos bielas barras para reforzamiento de

hormigoacuten (estribos)

Resistencia a la traccioacuten

Resistencia a la fluencia

Elongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Aceros de baja aleacioacuten

ksi Mpa ksi Mpa

1340 Recocido 102 704 63 435 20 Pernos de alta resistencia

5140 Recocido 83 573 43 297 29

5160 Recocido 105 725 40 276 17

4140 Recocido 95 655 61 421 26Revenido 225 1550 208 1433 9

4620 Recocido 75 517 54 373 31

4820 Recocido 99 683 67 462 22

4840 ( E ) Recocido 108 745 68 469 22

8620 Recocido 77 531 59 407 31

8650 Recocido 103 710 56 386 2205 C 055Ni 05Cr08Mn 02Mo

Ejes y aacuterboles de pequentildeas maacutequinas

04 C 183 Ni 09 Mn08 Cr 020 Mo

Secciones pesadas trenes de aterrizaje partes de camiones

ACEROS AL NIQUEL (055) - CROMO - MOLIBDENO02C 055Ni05Cr

08Mn 02 MoEngranajes de transmisioacuten

020 C 183 Ni05 Mn 025 Mo020 C 350 Ni

060 Mn 025 MoFresas de acero mecanismos para papeleriacutea

mineriacutea y movimiento de tierraACEROS AL NIQUEL (183) - CROMO - MOLIBDENO

ACEROS AL CROMO-MOLIBDENO

040 C 10 Cr09 Mn 02 Mo T

Engranajes de transmisiones de turbinas de gas para aviones

ACEROS AL NIQUEL - MOLIBDENO

Engranajes de transmisioacuten pernos ejes rodaduras

Tabla Propiedades mecaacutenicas tiacutepicas y aplicaciones de aceros de baja aleacioacuten

ACEROS AL MANGANESO

Composicioacuten quiacutemica en peso

ACEROS AL CROMO040 C 175 Mn

040 C 080 Cr030 Mn

060 C 080 Cr090 Mn

Resortes espirales y de laacuteminas flexibles de automoacuteviles

Engranajes de transmisioacuten en automoacuteviles

Nuacutemero AISI-SAE de aleacioacuten

TratamientoResistencia a la

tensioacutenResistencia a la

fluenciaElongacioacuten

()Aplicaciones tiacutepicas

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Horno eleacutectrico de induccioacuten

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

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t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

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C

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Tamantildeo de grano ASTM G=1hellipG=8

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

01 C 02 C 03 C

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

04 C 05 C 08 C

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

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entoncest

Ztablat

Z

terf

s

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D

Xerf

CC

CC

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smxD

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C

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

10 C 12 C 14 C

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

16 C

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

perlita

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

SAE 1015

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

SAE 1045- 10C perlita+cementita

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ksi Mpa ksi MpaAleaciones Gris

Recocido Matriz ferriacutetica 26 179 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 36 252 ---- ------

En estado bruto Matriz perliacutetica 42 293 ---- ------

Fundicioacuten MaleableRecocido 50 345 32 224 10

Recocido 65 440 45 310 8

Templado 90 621 70 438 2

Fundicioacuten Duacutectil NodularRecocido Ferriacutetica 60 414 40 276 18

En estado bruto Ferriacutetica-Perliacutetica 80 552 55 379 6

Martensiacutetica Templado y revenido 120 828 90 621 2

MicroestructuraNobre y

nuacutemero de la aleacioacuten

Pequentildeos bloques ciliacutendricos cabezas de cilindro discos de embrague

Ferriacutetica(G2500)

34C 22 Si07 Mn

Elongacioacuten () Aplicaciones tiacutepicasResistencia a la

traccioacutenResistencia a la

fluenciaComposicioacuten

quiacutemica en peso

Tratamiento

Perliacutetica(G3500)

32C 20 Si07 Mn

Bloques de cilindros de camiones y tractores Cajas de cambio pesadas

Perliacutetica(G4000)

33C 22 Si07 Mn

Fundicioacuten de motores diesel

Ferriacutetica(32510)

22C 12 Si004 Mn

Servicios generales de ingenieriacutea con buen mecanizado

Aglomeraciones de grafito y ferrita

Perliacutetica(45008)

24C 14 Si075 Mn

Aglomeraciones de grafito y perlita

Servicios generales de ingenieriacutea con tolerancia dimensional especificada

Martensiacutetica(M7002)

24C 14 Si075 Mn

Martensita revenidaPiezas de alta resistencia barras de

conexioacuten y juntas de culata

Martensiacutetica(120-90-02)

35C 22 Si Pintildeones cambios o engranajes

Tabla Tiacutepicas Propiedades mecaacutenicas y aplicaciones de los hierros fundidos

Perliacutetica 35C 22 Si Ciguumlentildeales engranajes y laminadores

Ferriacutetica(60-40-18)

35C 22 Si Fundiciones de presioacuten como vaacutelvulas y cuerpos de bomba

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

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entoncest

Ztablat

Z

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s

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D

Xerf

CC

CC

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smxD

s

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Fundicioacuten gris

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Gris matriz perlitica

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Gris perlitico 26Si-32C

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

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eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Nodular matriz ferrifico

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

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TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

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TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Nodular-perlitico

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

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714308869

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entoncest

Ztablat

Z

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

El ciguumlentildeal mas grande nodular

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

motor

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

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Kx

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CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

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10281

211-

4

0

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entoncest

Ztablat

Z

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D

Xerf

CC

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smxD

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

motor

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Acero bajo C aleado

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

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SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACERO AL BAJO CARBONO

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

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(t) m 10 x 2812

1005

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10281

211-

4

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entoncest

Ztablat

Z

terf

s

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D

Xerf

CC

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smxD

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

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eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACERO MARTENSIacuteTICO DE MEDIANA ALEACIOacuteN

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

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1-1-3H

mm

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H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACEROS DE ALTO CARBONO

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

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TT

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A

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Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

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714308869

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

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o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACEROS AL MANGANESO AUSTENIacuteTICOS

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACEROS DE ALTO CARBONO AL CROMO-MOLIBDENO

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

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Kx

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TT

TT

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A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

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10281

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4

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entoncest

Ztablat

Z

terf

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D

Xerf

CC

CC

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smxD

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z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACEROS FERRIacuteTICOS PARA ALTA TEMPERATURA Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS MARTENSIacuteTICOS AL ALTO CROMO-MOLIBDENO

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FIERROS FUNDIDOS BLANCOS AL CROMO NIQUEL (Ni ndash Hard)

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

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4

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entoncest

Ztablat

Z

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D

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACERO AUTENIacuteTICO PARA ALTAS TEMPERATURAS Y MEDIANA CORROSIOacuteN

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

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OH

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D

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Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

FIERROS FUNDIDOS GRISES

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

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D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

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C

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Bolas de molino

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Acero austenitico Hadfield12C-12Mn-usos forros de molino-chancadoras-orugas de tanques

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

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TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

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D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Tratamiento teacutermico

A) Calentamiento hasta la temperatura fijada (temperatura de consigna) La elevacioacuten de temperatura debe ser uniforme por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias antes del paso por los puntos criacuteticos este uacuteltimo es el calentamiento escalonado

B) Permanencia a la temperatura fijada Su fin es la completa transformacioacuten del constituyente estructural de partida Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por miliacutemetro de espesor en el caso de querer obtener una austenizacioacuten completa en el centro y superficie Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son muy peligrosos ya que el grano austeniacutetico crece raacutepidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y fraacutegiles

C) Enfriamiento desde la temperatura fijada hasta la temperatura ambiente Este tiene que ser rigurosamente controlado en funcioacuten del tipo de tratamiento que se realiza

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

T

T

TT

TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Calentamiento(tc)-mantenimiento(tm) -enfriamiento

randespiezasg(horas) 1202

1tm

chicas piezas(minutos) 2

D20 tm

inicial T superficie T T

KordmT KJkgordm 05x10Ce Wm10675

2tg- ln2tg ln4T

1

mm

OSH

3428

1-1-3H

mm

H

O

OH

OH

H

S

SH

SHC

D

TThornoT

Kx

T

T

TT

TT

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TT

A

CeMt

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

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D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cementita Fe3C ortorroacutembica(667C-compuesto intermetalico)

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Recocido

RECOCIDO El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y reducir la dureza

del acero El proceso consiste en calentar al acero por debajo de A1 y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado Su funcioacuten es la de afinar y ablandar el grano eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformacioacuten del material en friacuteo

Recocido de eliminacioacuten de tensiones Tiene por objeto eliminar tensiones internas de los aceros se realiza a 650ordmC

Recocido de recristalizacioacuten Recuperamos las propiedades perdidas en la deformacioacuten en friacuteo (acritud) se realiza a 600 ordmC

Recocido de ablandamiento Ablandamos piezas con alta dureza a la temperatura entre 650 ordmC y 750 ordmC obtenieacutendose perlita globular

Recocido de homogenizacioacuten A las piezas fundidas de acero es necesario homogenizar la composicioacuten quiacutemica se realiza a 1000-1100ordmC

Doble recocido Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleacioacuten

Normalizado tiene por objeto dejar un material en estado normal es decir ausencia de tensiones internas y con una distribucioacuten uniforme del tamantildeo de grano se calienta por encima de A3 y A1 y se enfriacutea al aire

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

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D

Xerf

CC

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smxD

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C

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Temple

El temple tiene por objeto aumentar la dureza y aumentar la resistencia del acero Para ello se calienta el acero a una temperatura ligeramente maacutes elevada que la criacutetica superior A3 y A1 (seguacuten el tipo de acero) y se enfriacutea posteriormente maacutes o menos raacutepidamente (seguacuten sea la composicioacuten del acero) en un medio como agua aceite etc

Si el acero se enfriacutea raacutepidamente desde la zona de austenita el carbono no puede desprenderse y como es imposible detener la transformacioacuten de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucioacuten de carbono muy diferentes se produce una solucioacuten soacutelida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita La estructura de la martensita es inestable con una gran dureza y fragilidad considerable

La dureza de la martensita es tanto mayor si la cantidad de carbono esteacute disuelto en esta y se explica por el fenoacutemeno de que su red cristalina estaacute muy deformada por los aacutetomos de carbono esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita no sea cuacutebico sino tetragonal en el acero

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Estructura atoacutemica de martensitas Fe-C

Conforme aumenta el porcentaje de carbono maacutes sitios intersticiales se llenan con aacutetomos de carbono hacieacutendose la estructura tetragonal de la martensita maacutes pronunciada

FCC

BCC

BCT

Composicioacuten = Composicioacuten Composicioacuten = Composicioacuten

Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)Fase Madre (austenita) Fase Producto (Martensita)

Las posiciones relativas de Las posiciones relativas de

los aacutetomos no se modificanlos aacutetomos no se modifican

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

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C

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z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Martensita

Martensita 08C

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cordm723

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

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t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

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D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

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C

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z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

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Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Temple-verde (diagrama Fe-C)

liacutenea verde hardening (templado)

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

TTT

1 martensita

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Curva TTT Nos sirve para saber que velocidad de enfriamiento (medio) vamos a usar para obtener la estructura martensita

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Transformaciones martensiacuteticas en aceros Fe-CAustenita-Austenita- MartensitaMartensita

Templado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepidoTemplado raacutepido

Estructura atoacutemicaEstructura atoacutemica

Solucioacuten soacutelida sobresaturada Solucioacuten soacutelida sobresaturada de C en Fede C en Fe

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Formacioacuten de la martensita a partir de la austenita

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

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714308869

70

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(t) m 10 x 2812

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4

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entoncest

Ztablat

Z

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CC

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

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eQ

sconsD

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eD RT

Q

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K)K(1200ordmordm8314Jmol

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KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Martensita

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

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4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

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C

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z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ensayo Jominy-mide la templabilidad del acero

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

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C

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z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Jominy

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

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714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

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10281

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4

0

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entoncest

Ztablat

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

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eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

t

ordmC

970

60

15 horas

TemperaturaAmbiente

Horno de templeTanque de aire forzado

LEYENDAAUSTENITA

MARTENSITA

GASES USADOSNitrogeno=15m3hora

THYRODUR 2436-21C12Cr07WTHYRODUR 2436-21C12Cr07W

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Revenido

REVENIDO Consiste en calentar las piezas a una temperatura

inferior a la linea GEH(A1= 723 ordmC) consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura maacutes estable terminando con un enfriamiento al aire dependiendo del tipo de material siempre se realiza despueacutes del temple Con el revenido se aumenta la tenacidad oacute disminuye la fragilidad del acero templado

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que maacutes influyen en el resultado de las propiedades del acero revenido

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

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entoncest

Ztablat

Z

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Xerf

CC

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

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eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

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KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Fe-C

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

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(t) m 10 x 2812

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10281

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

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eQ

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Q

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l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

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5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Temple y revenido

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

ACERO PLATA CV K 510- 118C-07Cr-se usa para brocas machos para roscar troqueles

Temple810-840ordmC-aceite-66HRC

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

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entoncest

Ztablat

Z

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CC

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smxD

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

SUPER RAPID EXTRA 500 S305-09C-43Cr-50Mo-19V-64W-temple1230ordmC

Aceite o aire-64-66 HRC-revenido 540-570ordmC

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

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t2

10281

211-

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entoncest

Ztablat

Z

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D

Xerf

CC

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smxD

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

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sconsD

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Q

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l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

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5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cementacioacuten 64HRC

La cementacioacuten consiste en aumentar el contenido de carbono en la capa superficial de acero a una temperatura adecuada posteriormente seacute Templa(agua o aceite) y Revenido de la pieza quedando con gran dureza superficial y buena tenacidad en el nuacutecleo

La operacioacuten se realiza entre 850deg a 950degC es decir con el acero en estado Austenitico y el hierro en forma de hierro Gamma que es cuando tiene mayor capacidad de disolucioacuten de carbono Una vez absorbido el carbono en la capa perifeacuterica tiene lugar un proceso de difusioacuten del carbono hacia el interior de la pieza

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

50

(t) m 10 x 2812

1005

200900

40090

t2

10281

211-

4

0

211ordm927

entoncest

Ztablat

Z

terf

s

mxerf

D

Xerf

CC

CC

solucion

smxD

s

xs

C

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Tipos de cementacioacuten

Cementacioacuten en caja(carbonato de BaNaKMgmezclado con carboacuten vegetal)800-950ordmC

BaCO3=BaO+CO2

CO2+C=2CO Cementacioacuten con Gas900-930ordmC 3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3Fe+CH4=Fe3C+2H2 Cementacioacuten con cianuro 820-930ordmC 2NaCN+3Fe=Na2CN2+Fe3C

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

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71430 Zerf entonces 8869

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(t) m 10 x 2812

1005

200900

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

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eD RT

Q

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KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

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D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Prob Se tiene un gas carburizante en un engranaje de acero 1020 a 927ordmC Calcular el tiempo (min) necesario para incrementar el contenido de C a 040 a 05mm bajo la superficie Si en la superficie el contenido de C es 090 y el acero contiene 020C

min 143 s 8567 t8869

750

750

71430 Zerf entonces 8869

714308869

70

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(t) m 10 x 2812

1005

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10281

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entoncest

Ztablat

Z

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Calculo de la constante de Difusividad

sD

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sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

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KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

erf

z erf(z) z erf(z) z erf(z) 000 00000 040 04284 120 09103 001 00113 045 04755 130 09340 005 00564 050 05205 140 09523 010 01125 060 06039 150 09661 015 01680 070 06778 1 60 09763 020 02227 080 07421 170 09838 025 02763 090 07969 180 09891 030 03286 100 08427 190 09928 035 03794 110 08802 200 09953

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Calculo de la constante de Difusividad

sD

sm

eQ

sconsD

smddifusividaD

eD RT

Q

m10321

K)K(1200ordmordm8314Jmol

l142000Jmo-exp20x10D

KordmatemperaturT

KJmolordm 8314gases los demolar constante R

Jmol Difusioacutenen especies las de activacioacuten de nergiacutea

m alidadproporcion de tante

D

211

25-

20

2

o

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Piezas cementadas

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Nitruracioacutenhellip68HRC(940HV)--72HRC(1245HV)

Consiste en enriquecer la superficie de la pieza de acero con nitroacutegeno calentaacutendola en una atmoacutesfera especifica a temperatura comprendida entre 490 y 540 ordmCy luego enfriando al aire formaacutendose una capa de muy poca profundidad pero de dureza de 68 a 72 HRC Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una alta resistencia a la corrosioacuten

El Amoniaco se disocia a 400ordmC dando 2NH3 rarr 2N + 3H2 La dureza se atribuye a la formacioacuten de Nitruros (Fe2NFe4N) Nitruracioacuten con sales 520-580ordmC 2NaCN+O2=2NaCNO (cianato de sodio) 2NaCNO+O2=Na2CO3+CO+ 2N Por descomposicioacuten termica 4NaCNO=2NaCN+Na2CO3+CO+ 2N Carburo de tantalio 200HVmdashDiamante=2500HV

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

t

ordmC

5606 horas

TemperaturaAmbiente

EnfriamientoAl aire

Horno de Nitruracioacuten Al aire libre

LEYENDANITRURACION

GASES USADOSNitrogeno=12m3horaAmoniaco=08m3hora

34CrNiMo634CrNiMo6

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Aceros Inoxidables

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Diagrama schaeffler

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Martensiticos usos turbinas hidraulicas-material de cirugia-cuchilleriacutea-hojas de afeitar-aeronaacuteutica-bombas-industria metaluacutergica y quiacutemica

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Inoxidable martensitico

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Austeniticos usos industria farmaceacuteutica quiacutemica aeronaacuteutica naval artiacuteculos domeacutesticos y cirugiacutea (temperatura) Alta resistencia a la corrosioacuten soldabilidad y propiedades mecaacutenicas

3L=SAE316 middot3LN=SAE316bajoC

Austeno-Ferriacuteticos(duplex) Alta resistencia a la corrosioacuten intergranular Antiaacutecidos resistentes al Calor se usa en piezas Fundidas son de difiacutecil laminacioacuten y forjado

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Acero inoxidable austenitico

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Inox austenitico

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Precipitacion de carburos en la austenita-C23C6yCr7C3 ocurre a los 700ordmC

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

1)Ferritico- 2)austenitico

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Duplex inox-003C-22Cr-55ampNi-32Mo

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Superduplex-256Cr-94Ni-003C-07Mn-41M=-027N-Ferritico-austenitico

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Duplex-221CR-58NI-002C-192Mn-32Mo-013V-014N

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Resistencia MPa

1MPa=98Kgmm2=14513psi

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Horno de crisol

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cu-30Zn

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Laton 70-30Zn

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

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Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

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Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Aleaciones de cobre

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

(1) Carcaza de acero dulce

(2) Crisol con refractario

(3) Pico para colada

(4) Carcaza del inductor

(5) (8) Refractario del inductor

(6) Refractario del inductor

(7) Canal del Inductor

(9) (11) Bobina de alambre Cuwire bar

(10)(12) Ventanas del inductor

(13) (14) Pernos perimeacutetricos de acople crisol inductor

(15) (16) Muntildeones para pivoteo del horno

(17) (18) Pernos perimeacutetricos para desmantelamiento del inductor

Horno de induccioacuten con canal

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

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Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Al 999

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Al-95Si- 30Cu-10Mg

Pistones

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Al-Si

Ti6Al4V

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Ti6Al4V

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Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

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Motor-avioacuten

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Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Zinc aleaciones-Zamac3-Zamac5-Zamac8

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Motor-avioacuten

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Superaleaciones

Una superaleacioacuten es una aleacioacuten metaacutelica que puede ser utilizada a altas temperaturas sobre 07 Tf pueden ser en base a hierro niacutequelo cobalto

Los solutos esenciales en superaleaciones con base Niacutequel son Al y Ti con una concentracioacuten total menor al 10at Tambieacuten contiene elementos formadores de carburos como C Cr Mo W C

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

SUPER ALEACIONES

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

SUPER ALEACIONES BASE NIQUEL

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

Motor-avioacuten

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

Compresor-caacutemara de combustioacuten-turbina-toberas

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Superaleacioacuten base Ni

SUPER ALEACIONES

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

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Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

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Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

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Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

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Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

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Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

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Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Aplicaciones de las superaleaciones

Alabes Compresor aleaciones de Titanio Disco del compresor acero inox Martensiacutetico Caja estator compresor aleaciones magnesio Caacutemara combustioacuten superaleaciones base cobalto Alabes rotores turbina superaleaciones base niacutequel Alabes estatores turbina superaleaciones base cobalto Tobera superaleaciones base cobalto

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termoeleacutectrica

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Shaft= eje para generador

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Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

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termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

termoeleacutectrica

Combustible=GN-petroacuteleo

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Shaft= eje para generador

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Termoeleacutectrica-ciclo combinado-gas natural en la turbina-generadorhellip gases calientes van a al caldero generan vapor y mueve a la turbina de vapor-generador

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Estructura cristalina

Las superaleaciones de niacutequel presentan una microestructura peculiar causante de sus excelentes propiedades con una distribucioacuten en dos fases gamma (γ) y gamma prima (γacute)

Fase gamma solucioacuten soacutelida centrada en las caras que actuacutea como matriz

Fase gamma prima dispersioacuten de precipitados ordenados intermetaacutelicos responsable de la gran resistencia de las superaleaciones Las foacutermulas estequiomeacutetricas de esta fase son Ni3Al Ni3Ti o Ni3(AlTi)

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Superaleacioacuten base Ni

Superaleacioacuten base Ni gamma prima (γacute)

gamma (γ)

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

superaleaciones

Nimonic 90 (53Ni 20Cr 18Co 25Ti 15Al 15Fe) Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep) su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas Es la aleacioacuten baacutesica para los motores a reaccioacuten

INCONEL Se usa en los escapes de gases y zonas calientes de los motores de avion(turbina) en hornos de nitruracioacuten

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

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fin

Nimonic

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

Cargas de rotura a traccioacuten de algunas aleaciones

fin

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