Cuestiones Materiales Metálicos y No Metalicos

7/23/2019 Cuestiones Materiales Metálicos y No Metalicos

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1. ¿Qué materias primas se utilizan en los altos hornos para la fabricación delarrabio? Indique la composición del arrabio y la escoria.

Se utilizan mineral de hierro, carbón y caliza. La composición típica del arrabioconsiste en: 4.5% C, 0.4% Si, 0.3 % Mn, y un poco de P y S. La escoria consiste enuna mezcla de óxido de sílice y óxido de calcio.

2. Define las partes de un alto horno y describe su funcionamiento.

La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno;por la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce lacarga mediante un montacargas inclinado.

Etalaje: esta parte se encuentra separada de la cuba por su parte más ancha ybaja llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba ylas temperaturas que se alcanzan en él son muy altas (1500 ºC) y es aquí donde elmineral de hierro comienza a transformarse en hierro. La parte final del etalaje esmás estrecha.

Crisol: el crisol se encuentra debajo del etalaje, donde se va depositando el metallíquido. Por un agujero llamado piqueta de escoria se va extrayendo la escoriaformada que se aprovechará para hacer cementos y fertilizantes. Por otro orificiollamado piqueta de arrabio irá saliendo el hierro fundido llamado arrabio.

Cuchara: depósitos a los cuales se conducirá el producto final de los altoshornos llamado arrabio, hierro de colada o hierro de primera fundición.

3. ¿Qué reacciones de reducción suceden en los altos hornos?

Hematites

Magnetita

Wustita

4. ¿Qué función desempeña un convertidor?

La función del convertidor es producir acero a partir del arrabio, haciendoreaccionar el Si, Mn y C que este contiene con un gas, aire y temperatura.



5. Convertidor de Besemmer. Principio de funcionamiento. Tipo de refractario yelementos termógenos. Diferencias entre el convertidor de Bessemer y elconvertidor de Thomas.

El procedimiento Bessemer fue el primer proceso de fabricación químico que sirvió para la fabricación en serie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste apartir del arrabio. El convertidor es un horno giratorio en forma de retorta, de cuelloancho. En él se lleva a cabo el procedimiento.

Principio de funcionamiento:

Carga

Comienza el soplado y giro del convertidor

Oxidación del silicio y manganeso

Oxidación del carbono (10 min)

Desoxidación y recarburación si es necesario

Colada Inspección y reparación del horno

Eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono (4-5%) mediantela inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero. Además el oxígeno reaccionacon las impurezas del arrabio produciendo escoria que sube y flota en la superficie del acerolíquido.

Este horno, está revestido interiormente por ladrillos refractarios. Los elementostermógenos más importantes son el silicio, el manganeso y el fósforo.

La principal ventaja de este procedimiento consistía en poder detenerlo consólo cerrar la entrada del aire. De este modo se conseguían aceros con distintascantidades de carbono, silicio y manganeso. Su principal inconveniente radicabaen que sólo podía utilizarse para arrabios con cantidades muy pequeñas defósforo, ya que este material no se eliminaba.

La modificación introducida por Thomas consistió en incorporar un fundente de carácterbásic, que permitía eliminar el exceso de fósforo presente. Al finalizar el proceso, seextraía primero el acero y, posteriormente, la escoria formada. Sin embargo, a diferenciadel anterior, este proceso no podía detenerse para regular la cantidad de otroscomponentes.

6. Explique el funcionamiento del horno de Martín-Siemens y la evolución de los elementosen el baño metálico.

El agua y el aire entran al horno por unos precalentadores y se que queman sobre la carga

(cualquier aleación férrea en estado sólido), calentándola y fundiéndola. A la salida ceden su

calor residual a los precalentadores del lado por donde salen, a intervalos regulares se vierte la

dirección de la llama, es decir el sentido del circuito, para aprovechar ese calor. Cuando el

metal se ha afinado y tiene la temperatura adecuada se quema en cucharas, y desde éstas, en

las lingoteras.

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Producci%C3%B3n_en_cadena



http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Arrabio

http://es.wikipedia.org/wiki/Retorta

http://es.wikipedia.org/wiki/Retorta

http://es.wikipedia.org/wiki/Arrabio

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero




http://es.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n



7. Funcionamiento del convertidor LD. Evolución de la composición de loselementos en el baño metálico.

El funcionamiento del convertidor LD es el siguiente:

El horno se inclina desde su posición vertical y se hace la carga de la chatarra, después delhierro fundido y se vuelve a enderezar.

Se baja la lanza y se inyecta un flujo de oxígeno sobre la carga.

A continuación comienza la oxidación de las impurezas en el siguiente orden: en los primerosminutos del soplado se oxida el silicio (Si) y casi al mismo tiempo el manganeso (Mn). Despuésocurrirá con el carbono (C), y por último con el fósforo (P), que es el que más tiempo tarda.Esto supone un problema ya que cuando se ha eliminado todo el fósforo, posiblemente losporcentajes que queden de silicio, manganeso y carbono sean demasiado bajos, por lo que esen este momento cuando se restituyen las cantidades necesarias de estos tres elementos y seañaden los elementos aleantes requeridos.

A los 20 minutos aproximadamente de iniciado el proceso se interrumpe el soplado, se sacanmuestras para analizar el acero y la escoria, que es el material que se forma comoconsecuencia de la oxidación de las impurezas durante el proceso, y se mide la temperaturaalcanzada. Si en ese momento la composición y la temperatura son las idóneas, se procederá ala colada del acero y de la escoria.

8. Funcionamiento de un horno eléctrico de arco. Evolución de la composición con eltiempo del baño metálico.

Son los más usados en los talleres de fundición. Constan de un crisol basculante de seccióncircular, con solera cóncava recubierta de material refractario y dos aberturas laterales, una

para adicionar la carga metálica (en los hornos pequeños) y la otra para la piquera. Todo ellova cubierto con una bóveda desmontable recubierta interiormente de material refractario,provista de orificios por donde penetran los electrodos de grafito, que hacen saltar el arcocon la carga metálica introducida en la solera.

Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal. Lacorriente eléctrica fluye por uno de los electrodos, forma un arco eléctrico hasta la cargametálica, recorre el metal y vuelve a formar un arco hasta el siguiente electrodo.

Variación de la composición: al principio tenemos C, Mn y Si que disminuye pero se añadecoque para aumentar la cantidad de C.

9. Desoxidación del acero. Importancia del proceso de desoxidación.

El proceso de desoxidación es importante porque en los procesos de conversión han sido

inyectadas grandes cantidades de oxígeno. La solubilidad del oxígeno en el acero fundido es

del 0.16% y en estado sólido es de 0.003%, por lo que cuando el acero solidifique este quedará

atrapado formando huecos y burbujas dentro del material y creando cantidades importantes

de FeO. Se debe hacer justo después del proceso de conversión y justo antes de colar. Se lleva

acabo añadiendo aluminio en polvo (también Si y Mn) ya que desoxida fuerte y es barato.

10. Colada del acero en lingotes. Tipos de colada y proceso de solidificación.

La colada del acero en lingotes consiste en el llenado de una o varias lingoteras mediante unacuchara, siendo la lingotera de sección de sección cuadrada, rectangular o poligonal.



Hay tres tipos de colada:

- Colada directa a fondo.

- Colada en sifón.

Enfriamiento del exterior al interior del lingote se produce solidificación dendrítica o columnar

donde las primeras zonas solidificadas contienen aleación más pura que en el interior quecontiene un acero con mayor cantidad de impurezas.

11. Desgasificación. Colada en vacío.

Para disminuir el contenido de H2, N2 y O2 empleando distintos métodos de desgasificación.Con el desgasificado obtenemos ventajas: copos, nitruros, inclusiones y desoxidantes.El desgasificado en chorro consiste en hacer pasar después de la cuchara de colado a unalingotera o a otra cuchara o a otra cuchara que actúa como cámara de vacío.

12. Colada continua. Ventajas con respecto a la colada en lingotes.

La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero líquido sevierte directamente en un molde de fondo abierto cuya sección transversal tiene laforma geométrica del semi-producto que se desea fabricar.

Ventajas de la colada continua con respecto a la colada en lingotes:

- Disminución de la cantidad de mano de obra necesaria. Mayor productividad.

- Supresión del rechupe.

- Reducción del tiempo transcurrido entre la elaboración del acero líquido yla obtención del semiproducto que se va a laminar en caliente.

- Mejor calidad superficial de los productos.- Producto uniforme.

13) Técnicas de afino de grano en el proceso de laminado. ¿Cuáles son las

principales elementos utilizados para el afino de grano?

La laminación del acero es la deformación plástica de los metales o aleaciones, realizada por ladeformación mecánica entre cilindros. En el proceso de laminado en caliente, el lingote coladose calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termo difusión. A continuación delproceso de calentamiento se hace pasar los lingotes entre una serie de rodillos metálicoscolocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseado.

Procesos de laminado en caliente:

- Laminado en caliente tradicional.

- Laminación controlada:

Enfriamiento acelerado.

Temple y autorrevenido

Para lograr el afino de grano, los posibles aditivos son: V, Ti, Al y Nb.

14) ¿cuáles son las inclusiones no metálicas más frecuentes?

Óxidos, sulfuros, silicatos, nitruros, carbonitruros y fosfuros. En aceros óxidos y sulfuros.



15) ¿Cómo afecta la presencia del azufre y el fósforo al acero?

La presencia de ambos elementos es indeseable, solo se permite valores máximos del 0,03-0,04%.

El azufre se combina con el hierro formando sulfuro de hierro, que se concentra en el borde

de grano. Se produce fragilidad en caliente porque precipita eutéctico y genera grietas.

El fósforo produce fragilidad en frío, es extremadamente endurecedor.

16) Influencia de los elementos de inserción en el acero

Los elementos de inserción son (H2, N2, O2) (“más pequeños)

H2, da lugar a la formación de <<manchas brillantes>> o <<copos>> que reducenla tenacidad y ductilidad de los aceros.

N2, reduce la ductilidad y comunica fragilidad a los aceros.

O2, facilita la formación de inclusiones no metálicas. Su presencia restapropiedades mecánicas

17) Cite tres elementos gammágenos y alfágenos del acero:

Gammágenos: Níquel, Manganeso, Carbono.Alfágenos: Cr, W, Mo.

18) ¿Cómo influye la presencia de aleantes en la solubilidad del carbono en la austenita?

Elementos alfágenos. Cuando su concentración aumenta en el acero, aumenta la temperaturadel punto eutectoide. Esto implica que se produce una disminución de la zona de estabilidadde la austenita, es decir, disminuye la solubilidad del carbono en ésta.

Elementos gammágenos. Cuando su concentración aumenta en la aleación, disminuye la

temperatura del punto eutectoide, lo que implica un aumento de la zona de la estabilidad de

la austenita y, por tanto, un aumento de la solubilidad del carbono en ella.

19. Formación de carburos. Influencia en el tamaño de grano

Los carburos son compuestos que se forman a partir de la unión entre el carbono y alguno de

los elementos “M” que se recogerán a continuación, para dar sustancias combinadas entre

ellos de la forma MxCy.

Dichos elementos usuales que forman los carburos en unión con los carbonos en orden demayor a menor frecuencia, es decir son:

Ti > V> Cr > Mn > Zr> Nb> Mo> Hf> Ta >W

Los carburos más complejos son: M3C, M23C6, M7C3, M6C, siendo M= Cr, Mn, V, W

Y los carburos simples son: MC, M2C, siendo M= Ti, Zr, Nb

Solamente Mn y B aumentan el tamaño de grano, mientras que Ta, Zr, Nb, Ti, W,V,Mo y Cr son

fuerte afinadores de grano sometidos a tratamientos a altas temperaturas, los no influyentesen variar el tamaño de grano son: Ni, Co, Si y Cu al no formar carburos con el Carbono.



20. Zona afectada térmicamente en la soldadura. Cambios microestructurales.

La Zona Afectada por el Calor (ZAC/ZAT) es la región del metal base que sufre ciclos de

calentamiento y enfriamiento debido al aporte térmico de la soldadura.

El tamaño de grano es importante para las

propiedades (resistencia).

En la zona contigua a la soldadora encontramos una

región de grano grueso.

Conforme nos alejamos tiene lugar recristalización

permitiendo un tamaño de grano más fino.

Antes de llegar al material base que no se ve afectado

hay una zona que ha sufrido temple, quedando una

estructura dura (frágil) a la que habrá que aplicarle un

revenido.

21. Carbono equivalente. Soldabilidad del acero en función de este parámetro.

Un parámetro útil para evaluar la soldabilidad de los aceros es el concepto de CARBONOEQUIVALENTE (CEQ). Este consiste en una ecuación que relaciona la composición químicadel material:

Un acero se considera soldable si el carbono equivalente según la fórmula es menor a 0,4%.

Este valor estaría indicando cómo los elementos de aleación presentes en el acero afectan las

transformaciones características favoreciendo la formación de microestructuras susceptiblesa fisuración por hidrogeno en la ZAC. El carbono equivalente provee una indicación del tipo

de microestructura esperada en la ZAC en función de la velocidad de enfriamiento desde una

temperatura máxima.

22) Fisuración en las soldaduras

La fisuración en una soldadura es la aparición de fisuras o fracturas en ésta. Conocemosvarios tipos de fisuración:

Fisuración en frío: Se produce en la línea de la soldadura provocada por unendurecimiento en la zona afectada por la temperatura o calor (ZAT)

Fisuración por hidrógeno: Producida por la presencia del mismo durante la soldadura.



Fisuración durante relajación de tensiones o agrietamiento en el recalentamiento:Fisuración de tipo intergranular, producida si la ZAT es de grano grueso.

Fisuración laminar: Rotura o fisuración en el sentido de laminación que produce un dibujoescalonado con tramos longitudinales mucho mayores a los transversales.

Fisuración en caliente o durante solidificación: Provocada por segregaciones e inclusiones

en el material.

23. Explique cómo y por qué se produce la fisuración en frio en soldadura de aceros

Si el contenido en hidrógeno es alto, durante el soldeo el H quedará disuelto en el acero

líquido del cordón. Al enfriarse y solidificarse el cordón, su capacidad de disolución de H

disminuye, pero existe buena difusibilidad en la Austenita. En la transformación de Austenita

a ferrita la capacidad de disolución disminuye, pero mejora la posibilidad de difusión del H.

El H, que no se puede disolver pero si difundir, encuentra los caminos de fuga cerrados, por lo

que forma un frente muy rico en H que dará lugar, en el enfriamiento final, a la fisuración.

24. Temperatura de transición frágil dúctil

La temperatura de transición de dúctil a frágil es aquella a la cual el modo de fractura en un

material cambia de dúctil a frágil. Cuando disminuye la temperatura también lo hace la

resistencia al impacto. Se da en materiales con estructura BBC.

25) Influencia del carbono en la temperatura de transición frágil dúctil

Un aumento en el porcentaje de carbono provoca una disminución de la tenacidad delmaterial, una disminución de la energía de rotura a temperatura y un aumento en la

temperatura de transición. A mayor %C mayor es la temperatura de transición.



26) Influencia del fósforo y el azufre en la temperatura de transición frágil dúctil

Otros elementos como el fósforo y el azufre, aumento de concentración de fósforo origina unaelevación de la temperatura de transición dúctil-frágil.

27) Efecto de la desoxidación en la temperatura de transición frágil dúctil

Para un efecto de efervescencia la temperatura de transición es mayor y en calmado latemperatura de transición es mas baja.

28) Efecto del tamaño de grano en la temperatura de transición frágil dúctil.

La temperatura de transición frágil-dúctil disminuye a medida que aumenta el tamaño degrano, apareciendo una relación aproximadamente lineal.

29) Efecto de la microestructura del acero en la temperatura de transición frágil dúctil.

El fenómeno de transición frágil-dúctil se da en materiales con microestructura cúbicacentrada en el cuerpo, en algunos de microestructura hexagonal compacta y, raras veces,



en aquellos de estructura cúbica centrada en las caras.

Se presenta a una temperatura mayor para la bainita, ligeramente inferior para la perlita,

inferior a ésta para una estructura con un 50% de martensita y a temperaturas muy bajas para

una estructura de martensita al 100%. Esto implica que la temperatura de transición frágil-

dúctil se presentará será inferior para estructuras martensíticas, estructuras con un 50% demartensita, estructuras perlíticas y será la mayor para la bainita.

30) Efecto del tratamiento térmico del acero en la temperatura de transición frágil dúctil.

En el caso del normalizado, que la temperatura de transición frágil dúctil se presentará a

temperaturas más bajas cuanto menor haya sido la temperatura de tratamiento del acero.

Sin embargo, en el caso del revenido, la temperatura de transición frágil-dúctil será menor

cuanto mayor haya sido la temperatura a la que se haya sometido el acero durante el

tratamiento.

31) Temperatura de transición frágil dúctil según la dirección del ensayo con respecto a ladirección de laminado. ¿A qué se deben las diferencias según la dirección?

El fenómeno de la transición frágil-dúctil se presenta antes en probetas transversales a la

dirección del laminado del bloque de material del que se extraen que en probetas extraídas

en la misma orientación que el laminado. Esto se debe al fenómeno de la anisotropía, es decir,

al laminar el material en una determinada dirección, éste adopta una serie de propiedades

que se manifestarán prioritariamente en dicha dirección, siendo más débil en su dirección

transversal.



32) Influencia del contenido en carbono del acero en las propiedades mecánicas.

En función del contenido en carbono, los aceros se pueden clasificar en tres categoríasdistintas: hipoeutectoides, por debajo del 0.77% en carbono; eutectoides, 0.77% en carbono;e hipereutectoides, por encima del 0.77% en carbono (hasta el 2.1%, a partir del cual seconsidera que la aleación es una fundición).

Aceros hipoeutectoides. El acero a temperatura ambiente está formado por granos de

ferrita (hierro puro) y perlita (formada por láminas alternas de ferrita y cementita, que

es un carburo de hierro). A medida que la composición se acerca al eutectoide,

disminuye la cantidad de ferrita y aumenta la de perlita. Esto implica que, menores

contenidos de carbono suponen una mayor maleabilidad y ductilidad, así como una

menor dureza del acero.

Aceros eutectoides. El acero está completamente constituido por granos de perlita.

Aceros hipereutectoides. El acero está compuesto por granos de perlita y granos de

cementita. A medida que la composición se aleja del eutectoide, aumentará la

concentración de cementita y disminuirá la de perlita. Por esto es que, a medida queaumenta el contenido de carbono en un acero, aumenta su dureza, mientras que se

vuelve más frágil y, por tanto, menos dúctil y maleable.

33. Influencia del manganeso en los aceros al carbono manganeso.

Generalmente, la presencia de manganeso en los aceros, supone lo siguiente:

1. Desoxidante (elimina el FeO)

2. Estabiliza el sulfuro de hierro. Si la presencia de manganeso es cinco veces la de azufreo superior, evita el fenómeno de “fisuración en caliente”.

3. Tiene propiedades gammágenas.4. Disminuye la temperatura de transición frágil-dúctil.

5. Aumenta la resistencia al desgaste.6. Junto con el Silicio, permite aumentar el límite elástico.

7. Facilita la laminación, el moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente.

34. Diferencias en la composición y metalurgia entre los aceros de construcción naval A, B, D

y E. Acalidad minima Ecalidad máxima

Contenido en carbono: Las clases A, B y D presentan un máximo del 0.21% y la clase Edel 0.18%.

Contenido en manganeso: La clase A presenta un mínimo igual a 2.5 veces el



porcentaje de carbono; la clase B presenta un mínimo del 0.8%; la clase D presenta un

mínimo del 0.6% y la clase E presenta un mínimo del 0.7%.

Contenido en silicio: La clase A presenta un máximo del 0.5%, la clase B del 0.35% y lasclases D y E un contenido entre el 0.1% y el 0.35%.

Contenido en azufre y fósforo: Limitado al 0.035% en todas las clases.

Contenido en aluminio: Mínimo de 0.015% en las clases D y E.

35. Diferencias en las propiedades mecánicas entre los aceros de construcción naval A, B, D

y E.

A medida que se crece en la escala (A, B, D y E), mejores son las propiedades que presentael acero.

Si bien todos presentan los mismos valores del límite elástico (235N/mm2), resistencia a la

tracción (400-520N/mm2) y elongación (22%), el resto de propiedades mecánicas (como la

absorción de energía de impacto en dirección longitudinal y transversal bajo ensayo depéndulo de Charpy con entalla en V) aumentan de A hasta E, así como también lo hacenlos espesores mínimos de suministro y la temperatura del ensayo de impacto: Ano tieneensayo, B0ºC, D-20ºC, E-40ºC

36. ¿Por qué el valor de C+1/6Mn no debe superar 0,4?

Pregunta 28 y 27Para que el acero sea fácilmente soldado sin fractura.

37. ¿Por qué se hace la distinción entre aluminio soluble en ácido y aluminio total cuando se

define contenido en aluminio en la composición de aceros de construcción naval?

El aluminio soluble en acido es aquel que se echa de más para afinar el grano (no incluyealuminio)

38. Diferencias en la composición entre los aceros de construcción de alta resistencia AH,

DH, EH y FH (H es acero de alta resistencia)

Las cuatro clases presentan los mismos contenidos de aluminio soluble en ácido(0.015% mínimo), niobio (0.02%-0.05%), vanadio (0.05%-0.10%), titanio (máximo 0.02%)y total niobio+vanadio+titanio (0.12%).

En cuanto al resto, las clases AH, DH y EH, presentan las mismas composiciones:

Carbono máximo 0.18%

Manganeso 0.9%-1.6%

Silicio máximo 0.5%

Fósforo y azufre máximo 0.035%

Níquel máximo 0.4%

Cobre máximo 0.35%

Cromo máximo 0.2%

Molibdeno máximo 0.08%

En el caso del FH, la composición será:

Carbono máximo 0.16%



Manganeso 0.9%-1.6%

Silicio máximo 0.5%

Fósforo y azufre máximo 0.025%

Níquel máximo 0.8%

Cobre máximo 0.35% Cromo máximo 0.2%

Molibdeno máximo 0.08%

Nitrógeno máximo 0.009%, 0.012% si contiene Aluminio

39. Diferencias en las propiedades mecánicas entre los aceros de alta resistencia AH, DH, EH

y FH

Estos aceros, bajo la misma categorización, presentan prácticamente idénticas propiedadesmecánicas. Sin embargo, lo que varía entre unos y otros es la temperatura mínima hasta lacual pueden mantener dichas propiedades. En el caso del AH serán 0ºC, en el caso del DH -

20ºC, en el caso del EH -40ºC y en el caso del FH -60ºC.

40. Entre un acero DH 47 y FH 32 (los valores números indica la fluencia del acero)

¿qué acero presenta mayor límite elástico? ¿Cuál presenta mayor temperatura de

transición frágil dúctil?

Tiene mayor límite elástico el hacer FH32.El acero FH puede trabajar a-60ºC y el DH a -40ºC por lo que la temperatura de transiciónfrágil-dúctil será mayor para el DH 47.

41. Aceros de construcción naval con especificación grado Z.

La calidad Z en la planchas de esos aceros no es realmente una calidad, en realidad secorresponde con un ensayo especial de tracción que se les hace a las mismas para evitar el“desgarro laminar” especialmente en la soldadura. Son aceros con resistencia mejorada a ladeformación en la dirección perpendicular a la superficie.

Y se establecen dos grados:

- Z 25 para aplicaciones normales

- Z 35 para aplicaciones severas

42. ¿Qué son los aceros microaleados? Indique cómo se fabrican y a que se deben sus

excelentes propiedades mecánicas

Son aceros de alta resistencia por contener Cr, Ni, Mo (como los demás acero de altaresistencia), y Ti, Nb V, que disminuyen el tamaño de grano. Se obtiene también unafinamiento de grano mediante laminación en caliente.



43. Tipos de acero utilizados para calderas y recipientes a presión. ¿Qué elementos y en

qué proporciones se utilizan para altas temperaturas de servicio (400-500ºC)?

Especialmente aceros al carbono, aleaciones de carbono-manganeso y aceros de bajaaleación.Para temperaturas de servicio entre 400 y 500ºC se utilizan sobre todo aceros al carbono yaleaciones carbono-manganeso con proporciones: de 0.17 a 0.22% de C, 0.10 a 0.5 de Si, de0.4 a 1.6% de Mn, de 0.04% máximo de P y S, y elementos residuales al 0.7% máximo (Cr, Cu,Mo, Ni). Los aceros de baja aleación con proporciones de 0.08 a 0.18% de C, 0.15-0.5% Si,0.035% máximo de P y S, Cr 0.7-2.5%, Mo 0.4-1.1%, y elementos residuales 0.30% máximocada uno, Cu y Ni.

44. ¿Qué tipo de aceros son especialmente indicados para temperaturas bajas en servicio?

¿Qué otro tipo de materiales son recomendados para dichas aplicaciones?

Se usan los aceros AH, DH, EH y FH. En este caso los aceros serán: LT-AH, LT-DH, LT-EH yLT-FH, siendo “LT” para “low temperature”.

Estos aceros son utilizados para piezas que deben trabajar dinámicamente a temperaturasinferiores a los -20ºC. Teniendo un adecuado comportamiento frágil, que lo haceresistente en condiciones de bajas temperaturas.

También se pueden emplear aceros inoxidables austeníticos y el aluminio, como sustitución delos anteriores.

45. Definición de acero inoxidable. Tipos de acero inoxidable

El acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo de 10,5 % de Cr. Se

trata de un acero de elevada resistencia a la corrosión. Los principales elementos aleantesson, junto con el Cr, el níquel y el molibdeno.

Según su microestructura, los aceros inoxidables pueden ser:

1. Ferríticos

2. Martensíticos

3. Austeníticos

4. Dúplex (austenita + ferrita)



46. Propiedades de los distintos tipos de acero inoxidable.

Austeniticos

Ferríticos

Martensíticos

Dúplex



47. Tratamiento de hipertemple en aceros inoxidables. ¿Cuándo se utiliza?

48. ¿Cuál es la influencia del nitrógeno en los aceros inoxidables? ¿En qué tipo de aceros

inoxidables se utiliza?

El Nitrógeno (N) es un elemento gammágeno, proporciona gran resistencia a la corrosión porpicadura e intergranular. Se encuentra en los aceros inoxidables tipo dúplex. Por otro ladoeleva el límite elástico ya que en algunos aceros el carbono es muy bajo y estabilizafuertemente la austenita.

49.

¿Qué aceros inoxidables están especialmente indicados en la industria naval?

Los aceros austeníticos poseen mayor aplicación en el mundo naval.

Características y propiedades: son amagnéticos en estado recocido, tratamiento desolubilización, tienen una estructura cúbica centrada en las caras, estructura ϒ y presentanexcelentes propiedades de tenacidad, ductilidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad. Nopueden endurecerse por tratamiento térmico. Tienen una gran estabilidad estructural.

Los aceros Martensíticos su aplicación es escasa y se suele utilizarse en hélices.

Los aceros dúplex son utilizados para elevadas exigencias contra la corrosión.

50. ¿Qué parámetro se utiliza para indicar la resistencia a la corrosión por picaduras?

El parámetro que se utiliza es PRE2 a mayor contenido de este, mayor es la resistencia ala corrosión por picaduras. A partir de 40.

PRE1=%Cr +3%Mo ≥ 40

PRE2=%Cr + 3.3% Mo +16%N ≥ 40

51. ¿Qué parámetro se utiliza para indicar la resistencia a la corrosión por hendiduras?

El parámetro que se utilizan es CC2 a mayor contenido de este, mayor es la resistencia a lacorrosión por hendidura. A partir de 40.

CC1=%Cr +3%Mo ≥ 40

CC2=%Cr + 4.1% Mo +47%N ≥ 40

52. ¿Para qué temperaturas de servicio están indicados los aceros inoxidables austeníticos

y para cuáles los de tipo dúplex? ¿Por qué?

Austeníticos hasta -165°C y en los Duplex de 0 a 300°C.

Debido principalmente a la cantidad de Cr. En los aceros Duplex el contenido varía del 21 hastael 26 (como en el caso de los de tipo UNS S32750), en comparación con los austeníticos de 17-20 (acero 304L).



53. Descripción del proceso de Bayer.

El proceso Bayer es el principal método industrial para producir alúmina a partir de bauxita. Basado en la disolución de la bauxita con hidróxido sódico, para producir aluminio.

Bauxita: Óxido de Aluminio + Óxido de Hierro y Sílice.

En el proceso Bayer, primero se tritura la bauxita y luego se lava con una solución calientede hidróxido sódico (sosa), NaOH.

La sosa disuelve los minerales de aluminio pero no los otros componentes de la bauxita, quepermanecen sólidos. Las reacciones químicas que ocurren en esta etapa, llamada"digestión" son las siguientes:

Al(OH)3 + OH- + Na

* → Al(OH)4

- + Na

*

AlO(OH)2 + OH- + H2O + Na

* → Al(OH)4

- + Na

*

La temperatura de la digestión se escoge en función de la composición de la bauxita. Para

disolver el hidróxido de aluminio basta una temperatura de 140ºC pero para la mezcla dehidróxido y óxido hace falta subir hasta unos 240ºC.

A continuación se retiran de la solución los sólidos no disueltos, en el decantador,llamados "lodo rojo".

La solución de Al(OH)4-, ya libre de impurezas, se precipita de forma controlada

para formar hidróxido de aluminio puro. Para favorecer la cristalización se opera abaja temperatura y se "siembra" la solución con partículas de hidróxido de sodio:

Al(OH)4- + Na

* → Al(OH)3 + OH

- + Na

*

La solución de sosa libre de aluminio se concentra en unos evaporadores y

se recicla al comienzo del proceso.

Por último, el hidróxido se calienta a unos 1050°C, en una operación llamada "calcinación", para convertirlo en alúmina, liberando vapor de agua al mismo tiempo:

2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

La alúmina obtenida se utiliza principalmente para producir aluminio mediante electrólisis.

54. ¿Qué aleaciones de aluminio de forja están especialmente indicadas por Lloyd’s

Register para el uso naval?

- NO Tratables Térmicamente: (Trabajadas en frío, Al-Mn, Al-Mn-Mg y Al-Mg)

-Tratables Térmicamente: Formación segundas fases (3,5 % Cu, 0,5 % Mg, 0,5 % Mn, restoaluminio) y aleaciones Al-Cu, Al-Mg-Si y Al-Zn-Mg)

http://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAmina

http://es.wikipedia.org/wiki/Bauxita


http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_s%C3%B3dico


http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido






http://es.wikipedia.org/wiki/Agua



http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Precipitado

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_aluminio




http://es.wikipedia.org/wiki/Evaporador

http://es.wikipedia.org/wiki/Calcinaci%C3%B3n












http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio






http://es.wikipedia.org/wiki/Evaporador



http://es.wikipedia.org/wiki/Precipitado

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura




http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica








55. ¿Qué tratamientos térmicos son usuales en las aleaciones de aluminio indicadas para

industria naval?

Aluminios de Forja con tratamientos térmicos.

Serie 5000:

O Recocido

H111 Recocido y ligera deformación en frío

H112 Endurecido por deformado a elevada temperatura

H116 Endurecido y con resistencia específica a la corrosión por exfoliación cuandoMg>4%

H321 Endurecido y estabilizado para evitar envejecimiento

Series 6000

T5 Temple desde Conformado en caliente y envejecido artificialmente

T6 Solución en caliente, temple y envejecido artificialmente

56. ¿Qué aleaciones de aluminio se utilizan para la fabricación de remaches de estructuras

de aluminio en uso naval?

Se especifican dos Alumnios según el tipo de Aluminio utilizado: 5154A-Recocido y 6082-Tratado por solución

57. ¿Qué Series de Al se utilizan para elementos de fundición en ind. Naval?

5XX.X -------------- Aleante predominante Magnesio (2.5-4.5 %)

4XX.X -------------- Aleante predominante Silicio (11-13.3%)

3XX.X -------------- Aleante predominante Silicio (9-11%) conadiciones principalmente de Mg (0.15-0.4%)

58. Procesos de unión en aleaciones de Al

Soldeo Tig

Soldeo Mig

Soldeo fuerte

Soldeo blando

59. Características de la soldadura fuerte en el Al

Material de aportación por encima de 450ºC

Más común en aleaciones no tratables (1xxx, 3xxx, 5xxx)

Temperaturas del proceso cercanas a tª de fusión del material

Material de aportación: aleaciones Al-Si (8.8-11% de Si)



60. Problemas en uniones soldadas de Al

Zona afectada térmicamente (HAZ) y porosidad

La HAZ pierde propiedades. Modificación estructural de la pieza durante el proceso

En series 2xxx se disuelven los precipitados endurecedores

En series 6xxx crecen y precipitan fases no endurecedoras

Se suele realizar tratamiento térmico después de la soldadura

El hidrógeno en el cordón debilita la unión

61. Propiedades y aplicaciones del Cobre

Propiedades

Densidad: 8.9 m3/kg

Alta conductividad eléctrica (segundo después de Ag)

Alta conduct. Térmica Alta resistencia Corrosión

Estructura centrada caras (FCC): buena ductilidad y maleabilidad

Resistencia a tracción mediaAplicaciones

Conductores eléctricos (cables y otros)

Tuberías y recipientes (por su resistencia a corrosión)

Intercambiadores

Perfilería

Recubrimientos electrolíticos

62. Principales Tipos de aleaciones de cobre

Cobre no aleado

Latón: Cu-Zn (se puede añadir Plomo, o Al/Fe/Mn para latones alta resist.)

Bronce: Cu-Sn (se puede añadir Zn o Pb)

CuproAluminio

CuproSilicio

CuproBerilio

CuproNíquel y Alpacas

Aleaciones endurecibles por precipitación



63. Latones. Clasificación y aleantes

Son las aleaciones de cobre más importante. A mayor cantidad mejores

propiedades y mayor precio.

Baja aleación Zn (hasta un 20% Zn más o menos): Bronce comercial (aprox

10% Zn), Bronce de joyería (aprox.12.5% Zn), Latón rojo (aprox. 15% Zn) Latón

bajo (aprox. 20% Zn).

Alta aleación Zn (hasta un 40% Zn más o menos): Latón de cartuchos (aprox. 30% Zn),Latónamarillo (aprox. 35% Zn), Metal Muntz (aprox. 40% Zn)

Además, se pueden incorporar otros elementos para mejorar sus propiedades: Ni, Al, Mn, Sn,Pb, Si, Fe, As

64. Tipos latón según componentes microestructurales

Latones α (%Zn igual o inferior a 39%)

Latones α +β (%Zn entre 37.5 y 46%)

Latones β (%Zn entre 46 y 50%)

65. ¿Para qué se añade arsénico a los latones?

Prevenir la descincificación: corrosión en presencia de cloro y ácidos

66. Tipos bronce

Bronces fosforosos: alta resistencia mecánica, a la corrosión y fluidez.

Bronces al Zinc: bajo coste, alta fluidez y resistencia a la corrosión.

Bronces con Plomo : alta maquinabilidad

Bronces forja

Bronces moldeo

67. Cuprosilicios

Solubilidad máxima de 5.3% de Si en Cu

Silicio entre 1 y 3%, no endurecimiento ni tratamiento térmico

Mn y Fe mejoran propiedades Estructura: granos α con láminas paralelas

Buena resistencia a corrosión

Forjables en caliente

Buena colabilidad

Alta resistencia mecánica y tenacidad

Sustituto en bronces por Sn por resistencia a corrosión en agua de mar

68.

Cuproaluminios. Propiedades Resistencia mecánica MAYOR que Bronces y aproximadamente igual que aceros



al Cu

Más baratos que Bronces

Buena resistencia a corrosión y fácilmente mecanizables

Buena resistencia al desgaste

Buena resistencia a la fatiga

Si %Al por debajo de 8%, maleables en frío

Soldables

Alta resistencia a corrosión en agua de mar

Excelente resistencia a oxidación en caliente

Insensibles a corrosión intergranular

Ausencia de chispa en choque

69. Cuproberilios

El cuproberilio es una aleación de base de cobre con un pequeño porcentaje de berilio,que tiene una solubilidad máxima en cobre del 2.7% a 866ºC. Si esta aleación contiene menosde un 2% de berilio, es posible endurecerlas por precipitación, en porcentajes mayores no esposible este endurecimiento.

Tiene la propiedad de ser altamente resistente. Su dureza es inversamente proporcional ala temperatura a la que se lleve a cabo el envejecimiento. Son caros. Una principal ventajareside en que es un material antichispa.

70.

Cuproníqueles

El cuproníquel es una aleación de base de cobre con el níquel como principal elemento

aleante en un porcentaje de entre el 5 y el 44%, existiendo solubilidad total entre ambos

elementos formando una fase a con estructura cúbica centrada en las caras (FCC). El níquel

proporciona a la aleación buena resistencia mecánica, a la oxidación y a la corrosión; además

de disminuir la conductividad. Son aleaciones dúctiles, que no admiten tratamientos térmicos,

pero que endurecen por deformación en frío. Son soldables, pero tienen baja maquinabilidad.

71. Soldabilidad de las aleaciones de cobre

El primer problema presente en la soldadura del cobre viene dado por la presencia deoxígeno, ya que el óxido de cobre en contacto con el hidrógeno del aire da lugar a cobre puro yagua. Además, al ser el cobre un metal con alta conductividad, dificulta la soldadura,haciéndose necesario un precalentamiento de la pieza a soldar para poder llevarla a cabo.

Para evitar el agrietamiento en caliente, que sucede en la zona de fusión de la soldadura,será necesario un precalentamiento correcto y un buen control de la presión existente entrelas piezas a soldar. Además, se recomienda realizar un tratamiento de alivio de tensiones unavez transcurrida la soldadura.

La soldadura está también influenciada por los distintos elementos aleantes: Zn, Sn, Si, Al, Ni,

etc.



72. Aplicaciones navales que utilizan aleaciones base cobre

Ingeniería naval

1. Hélices y timones

2. Piezas de bombas y válvulas, boquillas de aspersión, etc.

3. Tuercas, tornillos, cadenas y ganchos

4. Accesorios no magnéticos de bitácoras, telégrafos de órdenes, etc.

5. Accesorios decorativos

6. Guarniciones para embarcaciones pequeñas

7. Depósitos de agua8. Ejes9. Tornillos y grapas10. Tuberías

73.

Aleaciones de cobre para hélices. Tipos. Propiedades mecánicas

Las aleaciones de cobre más utilizadas en hélices son latones de alta resistencia,cuproaluminio al níquel y cuproaluminio al manganeso.

0.2% proof stress Tensile strength Elongation on

(N/mm2 ) mínimum (N/mm

2 ) mínimum 5.65√

Aleación Límite elástico Resistencia mínima

% mínimum

a la tracción

Alargamiento

mínimo

Latón alta resistencia 175 440 20

Cuproaluminio al Ni

245

590

16 Cuproaluminio al Mn 275 630 18

74. Fundiciones de cobre para válvulas, casquillos y camisas recomendadas por Lloyd’s

Register

Las fundiciones recomendadas por el Lloyd’s Register para este tipo de elementos son derango de solidificación corto y rango de solidificación largo. Tenemos entonces distintos tipos:Cobre al 30% de níquel, cobre al 10% de niquel, cuproaluminio, bronce fosforoso, broncegunmetal (aleación de cobre, estaño y zinc), bronce gunmetal emplomado y bronceemplomado.



75. Aleaciones de cobre para tuberías

Las aleaciones de cobre más utilizadas para tuberías son cobre desoxidado con fósforo,cuproaluminio y cuproníqueles con hierro.

Las tuberías de cobre fósforo y cuproaluminio deben suministrarse en recocido. Loscuproníqueles al hierro deben recibir un tratamiento de solubilización para evitar fases ricas enhierro.

76. Propiedades y aplicaciones de las aleaciones base níquel

Propiedades: Metal duro, tenaz y maleable.

Color blanco plateado.

Presenta excelente resistencia frente a la corrosión y a la oxidación.

Estructura cristalina cúbica centrada en la cara (FCC)

Su punto de fusión está situado a 1453 ºC y el de ebullición a 2910 ºC.

Posee un coeficiente de dilatación bastante bajo hasta 13,3 × 10-6 ºC-1

Es magnético. Su temperatura de Curie esta en los 358 ºC.

Aplicaciones:

Resistencia eléctrica Cr mejora res a oxidación y cementación Ni-Cr

Resistencia a corrosión

Baja expansión térmica Aleaciones Ni-Fe (Invar, etc…)

Materiales magnéticos

Superaleaciones resistencia a fluencia a alta T

Metal con efecto memoria aleado con titanio

0.2% proof Tensile strength Elongation on Drift expansión Grain size

stress (N/mm2 ) (N/mm

2 ) test (mm) máximum 5.65√

Aleación

mínimum mínimum

% mínimum % mínimum Tamaño de

Límite elástico Resistencia

Alargamiento Prueba de grano

mínima a la

mínimo abocardado

tracción

Cobre

desoxidado con 65 220 40 40 - fósforo

Cuproaluminio 125 320 40 30 0.045

Cuproníquel

con hierro

100

270

30

30

0.045 90/10

Cuproníqueles con hierro

120 360 30 30 0.045

70/30



77. Aleaciones Monel. Propiedades según tratamiento térmico sufrido

Las aleaciones 70%Ni – 30%Cu son especialmente indicadas para la industria naval:revestimientos, válvulas, ejes de hélices, conectores,… Para tratamiento de laminado en caliente, madurado a 590ºC se obtienen las propiedades:

- Resistencia a la tracción - Límite elástico del 0.2%- Alargamiento - DurezaMediante recocido:- Resistencia a la tracción - Límite elástico del 0.5%- Dureza - Alargamiento

78. Soldabilidad de las aleaciones de Níquel.

El uso que se hace de las aleaciones de Ni, exige que sean fácilmente soldables. Cualquierproceso empleado para los inoxidables austeníticos puede ser válido para Ni y sus aleaciones(TIG y MIG). Solo es necesaria la limpieza de la junta: el S, P, Pb, Zn y B tienen efectos

perjudiciales, son fragilizantes. Es mejor usar aportes. Eliminar aceites, grasas (porosidad) y losóxidos que se forman durante la soldadura. No es necesario ni precalentamieto ni PWHT (solosi hay posibilidad de SCC en servicio).Esta soldadura tiene como posibles defectos: porosidad por O2, N2, H2 o CO2; agrietamiento aalta temperatura por elementos fragilizantes (S, Pb, P,…); fisuración por excesiva ENA y/o

velocidades.

79. Propiedades del titanio

Material usado para estructuras ligeras

Densidad 0.6 la del acero, es decir, 4.5 kg/m

3

Alto punto de fusión

Muy resistente a la corrosión

Materia prima muy abundante, sin embargo, es caro de obtener

Puede ser conformado por las técnicas comunes

Está disponible en gran variedad de formas

Gran variedad de aplicaciones: Industria aeroespacial, química, mecánica, etc.

Utilizado como matriz en materiales compuestos

80. Elementos intersticiales del titanio. Propiedades.

H2: Da lugar a la formación de “manchas brillantes” o “copos” que reducen la tenacidad y la

ductilidad. Aparece en grandes secciones. Para difundirlo es necesario un recocido a 600ºC.

N2: Reduce la ductilidad y comunica fragilidad. Se suele encontrar en forma combinada,formando nitruros.

O2: Siempre aparece combinado, formando óxidos o silicatos. Facilita la formación deinclusiones no metálicas. Su presencia resta propiedades mecánicas



81. Microestructuras presentes en las aleaciones de titanio

Estructura α primaria:

o Equiaxial

o Alargada

Estructura β: Se mantiene a temperatura ambiente por la adición de elementosbetágenos

Estructura β transformada:

o Acicular α

o Omega ω: metaestable, se produce en la transformación β- α. Sucede con

envejecimientos lentos y en procedimientos isostáticos. Produce fragilidad

o Ti3Al, α2

o Martensita α’

o Martensita α’’

o Martensita α’’’

82.

Tipos de aleaciones según componentes microestructurales.

Titanio CP

Aleaciones α

Aleaciones α+β

Aleaciones β

83. Aleaciones CP (Comercialmente Puro)

Resistencia a la corrosión, ASTM grado 1-4

Concentración de impurezas de 0.525-1.065%

Muy utilizadas en industria química y marina Buena soldabilidad

84. Aleaciones alfa resistentes a la corrosión

Estas aleaciones tienen un 0.2% de Paladio, ASTM grado 7 y 11, además tienenbuen conformado y fácil soldadura.

85. Aleaciones de titanio súper-alfa

Fase alfa+beta retenida.

Resistentes a altas temperaturas

Temperatura de servicio de hasta 580ºC

6Al-4Sn-4Zr-0.5Mo-0.7Nb-0.4Si-0.1C

86. Aleaciones de titanio alfa + beta

Ti6Al4V, tiene un porcentaje del 6% de aluminio y un 4% de vanadio. Es la aleación de titaniomás utilizada en estructuras ligeras con un límite elástico de 827 MPa. Sus aplicaciones sondonde se requiera alta resistencia mecánica y altas temperaturas.

Elementos alfa+beta estabilizantes (4-6%)

Endurecen por tratamientos térmicos de disolución y maduración.

Estructuras: alfa equiaxial, alfa acicular, martensíticas,…

Variedad de propiedades



87. Propiedades de las aleaciones de titanio según si proporción alfa/beta

Cuanto mayor es la proporción hacia beta aumenta la conformabilidad, la densidad latemplabilidad y la resistencia a altas temperaturas, en cambio, cuanto mayor es laproporción hacia alfa aumenta la fluencia, la soldabilidad y la resistencia a la corrosión.

88. Soldabilidad del titanio. Posibles problemas y recomendaciones

A la hora de afrontar la soldadura de piezas de titanio hay que tener en cuenta que si se supera la

temperatura de fusión, puede sufrir una decoloración porque reacciona fácilmente en contacto

con los gases atmosféricos. Esta decoloración puede suponer pérdida de ductilidad y de

resistencia mecánica. Por lo tanto es muy importante que en la soldadura se proteja la zona de

soldadura con gases inertes.

La soldadura debe limpiarse con paño de acetona o cepillo de acero inoxidable o titanio

También perjudican la soldadura los contaminantes de las superficies a soldar, talescomo óxido, polvo, limaduras y virutas, por lo que deben eliminarse por baño dedecapación, mecanizado pulido o chorro de arena.

El titanio de grado 2 y 5 poseen una buena soldabilidad aunque pierden un poco de valorde sus propiedades mecánicas con respecto al metal base.

Características:

Sensibilidad a fragilización en presencia de C, O, N, H.

Alta reactividad cuando se calienta a temperatura de soldadura

Sensibilidad a fragilización con la presencia de elementos aleantes cuando está sujeto

a ciclos térmicos Incremento a la sensibilidad a fragilización cuando está altamente aleado con

elementos metálicos

Susceptibilidad a la corrosión bajo tensión

Estructuras frágiles cuando el Ti es soldado a otros metales

Mayor soldabilidad de aleaciones químicas puras y alfa que alfa+beta y beta

Necesidad de alto grado de protección por encima de 650ºC

Rápida difusión de O, N, H en el baño de fusión.

Recomendaciones:

Utilización de recocido contra tensiones Turbulencias de aire mismo efecto que gas impuro

Hay que proteger las zonas opuestas de soldadura que se se produce difusión deelementos intersticiales

Aplicar mayor flujo de gas que en otros metales

Los procesos de soldadura que admite el titanio son:

Fricción.

Soldadura con rayo de electrones.

Soldadura por rayo láser.

Soldadura por plasma. Soldadura por puntos

Cuestiones Materiales Metálicos y No Metalicos

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