materiales metalicos

OOBBJJEETTIIVVOO GGEENNEERRAALL

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ccoommpprreennddeenn llooss ddiiffeerreenntteess ttiippooss ddee mmaatteerriiaalleess mmeettáálliiccooss,, ssuuss pprrooppiieeddaaddeess yy ssuu eessttrruuccttuurraa..

OOBBJJEETTIIVVOOSS

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CONTENIDO:

Obtención 2Solidificación 3Nucleación y Crecimiento del Grano 7

Imperfecciones y Defectos Cristalinos 7

Tratamientos Térmicos 10Propiedades de los Metales 13Materiales Ferrosos 14Materiales No Ferrosos 25Reciclaje de Materiales Metálicos 33

Actividad de Consulta y Estudio 34

Actividad de Autoevaluación 39Actividad de Investigación. Taller No. 1 43

Bibliografía 46

Entre todos los materiales quelos seres humanos hemosaprovechado y transformado a lolargo de la historia, LOSMETALES ocupan un lugardestacado, por la versatilidad ensus uso y porque abrieron unmar de nuevas posibilidades tecnológicas. Su descubrimientoy el conocimiento de cómotransformarlos, supuso el pasode la Prehistoria a la Historia. La importancia de LOS METALEShace que los primeros períodosde la Historia se denominenEdad del Cobre, del Bronce y del Hierro. En este orden de ideas, podemosencontrar como materialesmetálicos, los metales y susaleaciones, así como también sustancias inorgánicas que estánconstituidas por uno o máselementos metálicos; porejemplo: el hierro, el cobre, el

aluminio, el níquel y el titanio. Es importante tener en cuenta que el carbono es un elemento no metálico. Los metales tienen muchas características, pero las más importantes son: buena conductividad eléctrica y térmica, opacidad, brillo, fusibilidad, plasticidad, dureza, etc. Ahora bien, podemos subdividir a los materiales metálicos en dos grupos importantes:

Ferrosos: a este grupo pertenece el hierro y sus derivados: el acero y las fundiciones.

No ferroso: este grupo esta formado por los demás metales y sus aleaciones.

A su vez, en función del peso, los metales se pueden subdividir también, en dos grupos: metales

ligeros y metales pesados. Materia Prima. Es importante aclarar que estos en estado natural, no se encuentran puros, ya que se hallan combinados con el oxígeno o con otros no metales, en especial del azufre, del cloro y del carbono. Los metales que se encuentran puros en la naturaleza, llamados metales nativos son: Oro, Plata, Cobre y Platino. El hombre para poder usar los metales, ha tenido que aprender como extraerlos de la naturaleza, pues en estado natural los metales están mezclados con otros minerales. Solo unos pocos aparecen solos, en estado natural, si bien en pequeñas cantidades como es el caso del cobre.

PPoorr:: IInngg.. RRiiccaarrddoo AA.. FFoorreerroo RR..

Guía Académica No. 1.

MATERIALES METALICOS FERROSOS Y NO FERROSOS

PROCESOS INDUSTRIALES

II//PP,, TT//PP,, II//II,, DD//EE,, II//MM,, MM//II

MMiinneerraalleess MMeettaallííffeerrooss:: RReecciibbeenn eessttee nnoommbbrree,, aaqquueellllooss mmiinneerraalleess aa ppaarrttiirr ddee llooss ccuuaalleess ssee oobbttiieenneennllooss mmeettaalleess mmeeddiiaannttee ttrraattaammiieennttooss aaddeeccuuaaddooss.. EEll ccoobbrree,, eell hhiieerrrroo,, eell aalluummiinniioo,, eell mmaannggaanneessoo,, eellpplloommoo yy eell zziinncc ssoonn llooss mmeettaalleess mmááss ccoommuunneess.. EEll oorroo,, llaa ppllaattaa yy eell ppllaattiinnoo ssoonn mmááss eessccaassooss,, yy ppoorr lloottaannttoo,, mmááss ccaarrooss.. EEnnttrree llooss mmeennooss ccoommuunneess ppooddeemmooss mmeenncciioonnaarr eell lliittiioo,, eell wwoollffrraammiioo yy eell ggeerrmmaanniioo..


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El hierro es uno de los metalesmás exuberante en la naturaleza.Productivamente el hierrocontiene carbono y otrassustancias que alteran suspropiedades físicas, pero estasse pueden cambiar, en elmomento de desarrollar las aleaciones con otras sustancias,incluido el carbono. Proceso de fabricación de losmateriales metálicos. La gran mayoría de los metales lospodemos encontrar en lanaturaleza mezclados con otroselementos, formando mineralesmetálicos. Es por esto que, el primer paso, es la obtención del metal: estoconsiste en localizar y extraer elmineral, que normalmente seencuentra en el subsuelo. A estaetapa corresponden los trabajosde minería. La extracción de los minerales serealiza practicando minas subterráneas o a cielo abiertocon la ayuda de grandesmáquinas. Como los mineralesmetálicos están mezclados conotros materiales, hay que triturarla roca extraída para separar elmineral metálico del resto demateriales.

OBTENCIÓN

Finalizado el proceso de obtención y tratamiento del metal, podemos fabricar con él una gran variedad de piezas metálicas. Algunos de los procedimientos de trabajo más habituales son: fundición y moldeo, deformación, corte y mecanizado. Propiedades físicas. Los metales tienen ciertas propiedades físicas características: a excepción del mercurio, son sólidos a condiciones ambientales normales, suelen ser opacos o brillantes, tener alta densidad, ser dúctiles y maleables, tener un punto de fusión alto, ser duros, ser buenos conductores del calor y la electricidad. Estas propiedades se deben al hecho de que los electrones exteriores están ligados sólo ligeramente a los átomos, formando una especie de nube (también conocido como mar de Drude), que se conoce como Enlace metálico. Su uso en la Ingeniería. Es importante destacar que los metales se utilizan en infinidad de aplicaciones.

El hierro por, ejemplo, es uno de los más abundantes en la naturaleza, y con el se obtiene el acero. En las construcciones se utilizan hierro y acero de distintos tipos. Utilizamos el cobre para cables, el estaño lo usamos para soldar, etc. La mayor parte del hierro se utiliza luego de ser sometido a tratamientos especiales, como el hierro forjado, el hierro colado o el acero (tal vez la más usada en ingeniería en la actualidad por sus características especiales). Los metales son unos materiales de enorme interés. Se usan muchísimo en la industria, pues sus excelentes propiedades de resistencia y conductividad son de gran utilidad en la construcción de máquinas, estructuras, mecanismos, circuitos y herramientas, etc. Los mayores productores de los materiales metálicos.

Alemania Países bajos Japón Estados Unidos.

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La manufactura, en el sentidoque se usa en las materias deProcesos Industriales, estáinvolucrada con piezas yensambles hechos conmateriales capaces de soportar cargas o cumplir con otrasfunciones técnicas, como son:conducir electricidad, aislar, etc.,siendo estos denominados:materiales de ingeniería. Así mismo, podemos definirprocesos de manufactura, en latransformación de materiasprimas en artículos usables. La mayor parte de estosmateriales son productos deoperaciones previas a los demanufactura, denominados,procesos primarios; en los cuales con base a los elementosobtenidos del entorno,“minerales”, son procesados, con la intención de obtener las materias primas que luego vanha ser usadas en los procesos de manufactura.

Estas materias primas, con frecuencia se pueden obtener a través de una variedad de rutas alternas, algunas de ellas mucho más cortas que otras. Sin embargo, sería demasiado apresurado concluir que los procesos más complejos son necesariamente los más costosos. Con mucha frecuencia la economía es un asunto de escala; así, se puede comprar acero en lámina a un precio menor que en polvo, en parte debido a las vastas cantidades que se producen en forma de lámina. Metales. Los metales aún son los materiales de ingeniería que más se utilizan en general, y el crecimiento de su producción (especialmente el del acero) con frecuencia se ha tomado como un indicador del desarrollo industrial. Con la creciente complejidad de muchos productos y ante el crecimiento

de los plásticos y de los dispositivos microelectrónicos, estas relaciones ya no son validas, particularmente en las naciones industrializadas. Sin embargo, el acero todavía representa una porción abrumadora de la producción total de metal, pero otros metales ofrecen propiedades únicas y son indispensables. De esta forma, la baja densidad del magnesio y la alta razón de resistencia por masa del titanio han llevado a incrementar su uso, a pesar del alto requerimiento de energía. Las menas, usualmente de óxidos o sulfuros, son las principales fuentes de metales. Se usan varias técnicas para enriquecerlos y hacerlos más adecuados para procesamientos posteriores. Por lo tanto, losmetales se extraen a gran escala, en plantas dedicadas a ello, con diferentes métodos.

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SSee ddeennoommiinnaa ffuunnddiicciióónn aall pprroocceessoo ddeeffaabbrriiccaacciióónn ddee ppiieezzaass,, ccoommúúnnmmeenntteemmeettáálliiccaass ppeerroo ttaammbbiiéénn ddee pplláássttiiccoo,,ccoonnssiisstteennttee eenn ffuunnddiirr uunn mmaatteerriiaall eeiinnttrroodduucciirrlloo eenn uunnaa ccaavviiddaadd,, llllaammaaddaammoollddee,, ddoonnddee ssee ssoolliiddiiffiiccaa..

LLooss pprroodduuccttooss mmeettáálliiccooss ssee hhaacceenn aa ttrraavvééss ddee uunnaa sseeccuueenncciiaa ddee ppaassooss pprreeppaarraattoorriiooss,, nnoo aannaalliizzaaddooss eenneessttaa gguuííaa,, yy ddee pprroocceessooss ssuubbsseeccuueenntteess eenn llooss ccuuaalleess ssee pprroodduucceenn ppiieezzaass ddee iinnggeenniieerrííaa..

1. En la pirometalurgia, las menas se reducen con carbono (coque, aceite o gas) en hornos (fundición). Por ejemplo, los minerales de las menas de hierro, se cargan en altos hornos con coque y fundente (principalmente caliza) para producir arrabio de alto carbono y escoria. Por lo general, la producción excede un millón de toneladas año por horno. Las impurezas se pueden remover a través del refinado por fuego; en el caso del hierro, soplando oxígeno a través del arrabio fundido en un horno básico de oxígeno. Otros metales, principalmente el cobre y el zinc, a menudo se refinan por electrólisis (electrorrefinado), en

el cual, el metal impuro forma elánodo y uno de alta pureza sedeposita en el cátodo. 2. La reducción directa (sin fusión) de algunas menasproduce un polvo de alta pureza.

3. La hidrometalurgia involucra la disolución (lixiviación) de la mena en un ácido. El metal sepuede precipitar o depositar enun electrodo (extracción electrolítica). Las menas degrado bajo y las pilas de escoriase pueden lixiviar en el sitio.

4. La electrólisis de una fusión de temperatura elevada tambiénproduce metal relativamentepuro pero en forma líquida,

como en la electrolisis de la alúmina (obtenida de la bauxita) para producir aluminio.

Un atributo importante de los metales es que se pueden reciclar in degradación de sus propiedades, pero el valor de la chatarra depende enormemente de la calidad. Como se ve por medio de las líneas punteadas en el grafico superior, la chatarra altamente contaminada puede requerir que se pase por toda la secuencia de producción con las menas; la chatarra menos contaminada puede sólo necesitar refinamiento y la que está separada cuidadosamente, puede ser un sustituto de metal nuevo (material virgen).

SOLIDIFICACIÓN

Los metales sólidos son materiales cristalinos caracterizados por tener enlaces metálicos, una resistencia y una ductilidad razonables y por una buena conductividad eléctrica. Si sus átomos, junto con sus electrones, se visualizan como esferas diminutas de diámetros alrededor de 0,2 nm), se tiene que estas esferas ocupan

posiciones estrictamenteprescritas en el espacio. Elarreglo de puntos querepresenta el centro de losátomos se llama red cristalina. Los átomos vibran respecto a suposición en la red; la vibración esmínima en el cero absoluto.Cuando el sólido se calienta, losátomos vibran e amplitudessiempre crecientes; en una

temperatura crítica –el punto de fusión, Tm– el sólido se funde, se convierte en un líquido. El orden cristalino de largo alcanceel sólido se pierde en gran parte, aunque puede existir un orden de corto alcance extendiéndose a varios átomos. De esta forma, al fundirse, el sólido cristalino se transforma en un líquido amorfo.



Metales Puros. Se puede observar la solidificación de un metal puro insertando untermopar en una fusióncontenida en un crisol pequeño yregistrando el cambio detemperatura con el tiempo. Si nose suministra calor, la fusión seenfría gradualmente, liberándosecalor sensible o energía interna, hasta que en Tm, se forman cuerpos cristalinos muypequeños, núcleos, en varios puntos de la fusión. Ahora latemperatura permanececonstante mientras los núcleoscrecen por la deposición de másátomos en la misma orientacióncristalográfica y el calor de la fusión es removido. Cuando todala fusión se solidifica, latemperatura baja de nuevo y elsólido libera su energía calorífica sensible. El cuerpo solidificado espolicristalino, es decir, consistede muchos cristales orientadosaleatoriamente (usualmente llamados granos). Las propiedades mecánicas y deotros tipos, depende en granmedida de cómo esténorientados dichos granos. Sí, los granos tienen unadirección predominante, es decirtienden a tener una longitudmayor en una dirección que encualquiera de las otras dos(recuerde que los cristalescrecen en un sistema de tresdimensiones, 3D), es seguro queel material presente propiedadesanisotrópicas, es decir, que va apresentar una respuestadiferente en cada dirección “X”,“Y”, “Z”, en la que sea ensayado el material. Esta conducta también se puedepresentar por deformaciones

inferidas en la estructura cristalina del material por procesos de deformación volumétrica; especialmente si son procesos, adelantados en frio, como son por ejemplo: el trefilado, el doblado, la compresión, el embutido, etc. En otras oportunidades, dependiendo de la forma de enfriamiento del material o por procesos posteriores de normalizado, se pueden lograr granos con características similares en todas direcciones, pero orientados aleatoriamente, presentando un comportamiento isotrópico (tiene las mismas propiedades en todas las direcciones) y sus propiedades representan una medida en todas las direcciones cristalográficas. El arreglo de empaquetamiento de los átomos es característico del metal y se puede describir a través de la celda unitaria (el volumen más pequeño que define del todo al arreglo atómico). Para metales prácticos de ingeniería, son importantes tres tipos de redes: Cúbica Centrada en las Caras – FCC –, con átomos en cada esquina y en medio de la cara de un cubo; Cúbica Centrada en el Cuerpo –BCC –, con átomos en cada esquina y en medio de un cubo; y hexagonal compacta – HCP –, con un átomo en cada esquina, en el centro de la cara externa (plano basal) y en tres sitios en medo del cuerpo. La estructura tiene funciones importantes en la solidificación y en la deformación plástica. Algunos metales experimentan, en estado sólido, un cambio en la estructura cristalina (transformación alotrópica) a

una temperatura crítica, en la cual liberan el calor latente de transformación. Por conveniencia, las diferentes forma cristalográficas del mismo metal se denotan con letras griegas. De esta forma, al enfriarse, el hierro-δ –BCC–, cambia a hierro-γ –BCC– a 1.400 ºC y de nuevo cambia a hierro-δ–BCC– a 906 ºC. El titanio-β –HCP–, cambia al enfriarse a titanio-α –BCC– a 880 ºC. Con frecuencia, las transformaciones alotrópicas están acompañadas por un cambio en volumen, lo que puede ocasionar esfuerzos internos suficientes para causar agrietamientos. Soluciones Solidas. La mayor parte de los metales técnicamente importantes, no son metales puros, sino que contienen una variedad de otros elementos metálicos y no metálicos, que pueden añadirse intencionalmente (elementos de aleación) o que están presentes por que no pudieron ser removidos por razones económicas (elementos menores, impurezas o contaminantes). En condiciones favorables, el elemento de aleación puede estar distribuido de manera uniforme en el metal base, formando una solución sólida. Hay dos posibilidades, al momento de tener una solución solida: 1. El elemento de aleación (soluto) tiene una estructura similar a la del metal base (solvente); tiene un radio atómico similar dentro del 15% y satisface algunos criterios de compatibilidad en la estructura electrónica.

PPaarraa mmeettaalleess pprrááccttiiccooss ddee iinnggeenniieerrííaa,, ssoonn iimmppoorrttaanntteess ttrreess ttiippooss ddee rreeddeess:: CCúúbbiiccaa CCeennttrraaddaa eenn eellCCuueerrppoo –– BBCCCC ––;; CCúúbbiiccaa CCeennttrraaddaa eenn llaass CCaarraass –– FFCCCC ––;; yy hheexxaaggoonnaall ccoommppaaccttaa –– HHCCPP ––

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CCuurrvvaa ddee ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee uunn mmeettaallppuurroo..



LLooss ááttoommooss ssoolluuttoo ppuueeddeenn rreeeemmppllaazzaarraa llooss ááttoommooss ddeell ssoollvveennttee,, ppaarraa ddaarr uunnaassoolluucciióónn ssóólliiddaa ssuussttiittuucciioonnaalleess,,mmiieennttrraass eessttooss nnoo tteennggaann uunnaa vvaarriiaacciióónnddee ttaammaaññoo mmaayyoorr ddeell 1155%%..

LLaa mmiiggrraacciióónn ((ddiiffuussiióónn)) ddee ááttoommoossppuueeddee ooccuurrrriirr ppoorr ddiiffuussiióónn ppoorr vvaaccaanntteess((ssuussttiittuucciioonnaall)) oo ppoorr ddiiffuussiióónn iinntteerrssttiicciiaall..

PPaarraa ffoorrmmaarr uunnaa ssoolluucciióónn ssoolliiddaaiinntteerrssttiicciiaall,, llooss ááttoommooss ddee ssoolluuttoo ddeebbeennsseerr mmááss ppeeqquueeññooss qquuee llooss ááttoommooss ddeellssoollvveennttee,, ssiieemmpprree yy ccuuaannddoo eessttooss sseeaann<<6600%%..

Así, los átomos soluto pueden reemplazar a los átomos del solvente para dar una solución sólida sustitucionales. Algunos metales pueden formar soluciones sólidas sobre todo el intervalo de composición (por ejemplo, el Cobre y el Níquel, con radios atómicos de 0,128 y 0,125 nm, respectivamente). 2. Los átomos del soluto son mucho más pequeños (<60%), que los átomos del solvente y pueden caber en los espacios existentes en la red cristalina del metal solvente para formar una solución solida intersticial (por ejemplo, el Carbono y el Nitrógeno, en el Hierro, también el Hidrogeno y el Oxigeno). Es importante darse cuenta que los átomos no están inamoviblemente sujetos a su posición en la red. Si, por ejemplo, existe una vacante, uno de los átomos adyacentes puede mudarse; así, el sitio previamente ocupado ahora se vuelve vacante. A través de la repetición de sucesos, los átomos se pueden mover, es decir, se difunde dentro de la red. El caso explicado anteriormente, se llama difusión por vacancia (o difusión por átomo sustitucional). Un átomo intersticial del soluto también se puede mover hacia un espacio

adyacente entre los átomos delsolvente por medio de la difusión intersticial; como no se requierevacancia la difusión es rápida. Si los átomos del soluto no estándistribuidos de modo uniformeen una solución sólida, sedifundirán hasta que se eliminenlos gradientes de concentración. Los eventos que ocurren durantela solidificación de las solucionessolidas bajo condiciones deequilibrio se pueden seguirmediante la preparación defusiones diferentes de, digamos,Cobre y Níquel. Si fundimos “soluciones sólidas”100% en peso (100 %wt) deCobre o de Níquel, no sonsoluciones solidas, sino metalespuros, en cuyo caso sucomportamiento es igual alexplicado cuando hablamos desolidificación de metales puros.Siendo la temperatura de fusiónpara el Cobre puro de 1.084 ºC ypara el Níquel puro de 1.455 ºC. Sin embargo, si variamos elporcentaje en peso, para cada uno de los componentes, porejemplo, 50 %wt de Níquel (50%wt Cobre), la solidificación esdiferente, inicia a 1.315 ºC, conla formación de núcleos, cuandose tiene un contenido de Ni del68%. La temperatura baja

gradualmente; la aleación menos rica en Ni se solidifica hacia los núcleos hasta que, a 1.270 ºC, toda la fusión desaparece. Si la solidificación fuera muy lenta y los átomos de Cu pudieran difundirse hacia los cristales ya solidificados, la composición sería uniforme en todas partes a 50 %wt Ni – 50 %wt Cu. Como los átomos del solvente están uniformemente distribuidos en los del soluto, cada grano en un cuerpo policristalino, aparecerá homogéneo y se vera como el de un metal puro. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la temperatura no baja de forma gradual, generando esto, que la solidificación no sea de forma homogénea, sino heterogénea, manifestándose esta por la aparición de granos con frentes dendríticos, como las ramas de los árboles, mientras los metales puros lo hacen de forma planar, es decir con frentes planos. Los granos también crecen en dirección de la extracción de calor, pero de forma de dendritas. Cuando la fusión finalmente solidifica, cada grano contiene una o más dendritas completas (estructura dendrítica celular).

EEll ddiiaaggrraammaa ddee eeqquuiilliibbrriioo ddeell CCoobbrree –– NNííqquueell mmuueessttrraa uunnaa ssoolluubbiilliiddaadd ssóólliiddaa ccoommpplleettaa ddee llooss ddoosseelleemmeennttooss,, uunnoo ccoonn oottrroo.. LLaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee uunnaa ssoolluucciióónn ssóólliiddaa ttiieennee lluuggaarr aa tteemmppeerraattuurraass qquueeddeesscciieennddeenn ggrraadduuaallmmeennttee yy aa pprrooppoorrcciióónn ddee llaass ffaasseess ssóólliiddaa yy llííqquuiiddaa ssee ppuueeddee ddeetteerrmmiinnaarr ppoorr mmeeddoo ddeellaa rreeggllaa ddee llaa ppaallaannccaa iinnvveerrssaa..



HHaabbllaammooss ddee oottrrooss ssiisstteemmaass ccuuaannddoo nnoo hhaabbllaammooss ddee mmeettaalleess ppuurrooss,, ssoolluucciioonneess ssóólliiddaass oo llooss ppuunnttooss eeuuttééccttiiccooss ddee llooss ddiiaaggrraammaass ddee ffaassee.. EEnn eessttaa vveemmooss uunn eejjeemmpplloo ddee uunnaa aalleeaacciióónn eennttrree ddooss eelleemmeennttooss AA –– BB,, llooss ccuuaalleess pprreesseennttaann ddooss zzoonnaass ccllaarraass ddee ssoolluubbiilliiddaadd,, aa yy bb,, uunn ppuunnttoo eeuuttééccttiiccoo,, lloo ddeemmááss ddeell ddiiaaggrraammaa eess ccoonnssiiddeerraaddoo ddeennttrroo ddee oottrroo ssiisstteemmaass,, ppooddeemmooss vveerr ccoommoo eell ccaammbbiioo ddee llaa mmeezzccllaa ddee llaa aalleeaacciióónn,, ddeessddee sseerr uunn mmeettaall ppuurroo hhaassttaa eell ppuunnttoo eeuuttééccttiiccoo,, ccaammbbiiaa llaa pprrooppoorrcciióónn ddee llaass mmiiccrrooppoorroossiiddaaddeess yy ddeell rreecchhuuppee,, ddeebbiiddoo aa llaa ddiiffeerreenncciiaa eennttrree llaa eessttrruuccttuurraa ddeell ggrraannoo ddee ffrreennttee ppllaannaarr ((ccaarraacctteerrííssttiiccoo ddee llaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee llooss mmeettaalleess ppuurrooss yy ddee llooss eeuuttééccttiiccooss)) yy ddee llooss ggrraannooss ddee ttiippoo ddeennddrrííttiiccoo ((ccaarraacctteerrííssttiiccoo ddee llaass ssoolluucciioonneess ssóólliiddaass yy ddee llaass aalleeaacciioonneess eenn oottrrooss ssiisstteemmaass.. TTaammbbiiéénn,, ssee aapprreecciiaa ccoommoo ssee aaffeeccttaann llaass pprrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass ddeell mmaatteerriiaall ddeeppeennddiieennddoo sseeaa eell ccaassoo..

Eutécticos. Los eutécticos, igual que los metales puros, solidifican a una temperatura constante (invariante) y el frente de solidificación es más o menos plano. Dentro de cada grano hay varios grupos, celdas o colonias eutécticas. Las propiedades de las fundiciones pueden estar influidas de varias formas. 1. El enfriamiento rápido reduce el tamaño de la celda y en los eutécticos laminares, también el espaciamiento interlaminar; de esta forma, se incrementa la resistencia de la fundición.

2. Los agentes de nucleación, promueven la formación de granos eutécticos equiaxialesfinos con propiedades mecánicassuperiores.

3. La estructura laminar es sólo una de las formas posibles de loseutécticos. En algunos casos, lamorfología “natural” deleutéctico se puede cambiar pormedio de la modificación, con cambios marcados en laspropiedades. Por ejemplo, laslaminillas de un eutéctico laminarse pueden transformar enesferas (estructura esferoidal) o en partículas espiculares. Tales

estructuras tienen propiedades marcadamente diferentes; por logeneral, un esferoide eutéctico tiene mayor ductilidad que uno laminar. Otros Sistemas. Las propiedades y porosidades en un sistema de aleación binario se pueden predecir con exactitud por medio del diagrama de fase. Por ejemplo, en el sistema eutéctico, la microporosidad se incrementa de A a B hasta que se alcanza el límite de solubilidad de la solución sólida α, luego declina hacia la composición eutéctica, para elevarse de nuevo hasta la solución sólida β. La resistencia (caracterizada aquí por el esfuerzo de cedencia) se eleva por medio de la aleación de solución sólida y cambia muy poco con la aparición de la eutéctica. La ductilidad puede elevarse o disminuir con la aleación de solución sólida; el efecto de la eutéctica depende enormemente de su morfología. En ocasiones un elemento de aleación no se puede disolver

incluso en el metal líquido, en vez de eso, existe como una fase líquida separada (solubilidad líquida limitada o inmiscibilidad total). Un ejemplo típico es el plomo, el cual es prácticamente insoluble en muchos metales. Su efecto en las propiedades depende de su distribución. Puesto que es suave, puede actuar como un lubricante útil si se encuentra atrapado en los espacios interdendriticos dentro de los graos o en forma globular en las fronteras de grano; también mejora la maquinabilidad. Sin embargo, debido a su punto de fusión bajo, causa fragilidad en caliente cuando se segrega en las fronteras de los granos. Al igual que las soluciones sólidas, cuando estamos fuera de los puntos eutécticos, la solidificación es de forma de frentes dendríticos, por lo cual se encuentra alta concentración de microporosidades, representado también en una reducción considerable del volumen del rechupe.

EEnn eell ssiisstteemmaa PPllaattaa –– CCoobbrree ((ccoonn rraaddiiooss aattóómmiiccooss ddee 00,,11444444 yy 00,,11227788 nnmm,, rreessppeeccttiivvaammeennttee)).. EEllddiiaaggrraammaa ddee ffaassee iinnddiiccaa qquuee llaa ssoolluubbiilliiddaadd mmááxxiimmaa ddee llaa AAgg eenn eell CCuu eess ddee 77,,99 %%wwtt yy qquuee llaa ddeellCCuu eenn llaa AAgg eess ddee 88,,88 %%wwtt.. UUnn ssóólliiddoo ddee ccoommppoossiicciioonneess ggeenneerraalleess eennttrree eessttooss llíímmiitteess ccoonnssiissttiirrááeenn uunnaa mmeezzccllaa ddee ddooss ffaasseess.. EExxiissttee uunn ppuunnttoo úúnniiccoo 7711,,99 %%wwtt ddee AAgg.. UUnnaa aalleeaacciióónn ddee eessttaaccoommppoossiicciióónn ssee eennffrrííaa hhaassttaa qquuee ssee ssoolliiddiiffiiccaa,, ccoommoo uunn mmeettaall ppuurroo,, aa uunnaa tteemmppeerraattuurraa ccoonnssttaanntteeTTEE.. SSiinn eemmbbaarrggoo,, TTEE ((777799 ººCC)) eessttáá ddeebbaajjoo ddee TTmm,, ttaannttoo ddee llaa ddeell CCuu ((11..008844 ººCC)),, ccoommoo llaa ddee llaa AAgg((996611 ººCC));; ppoorr lloo ttaannttoo,, eessttaa ccoommppoossiicciióónn ddee bbaajjaa ffuussiióónn ssee llllaammaa ccoommppoossiicciióónn eeuuttééccttiiccaa.. LLaatteemmppeerraattuurraa ddee ssuu ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ((oo ffuussiióónn)) ssee ddeennoommiinnaa tteemmppeerraattuurraa eeuuttééccttiiccaa TTEE.. UUnn eexxaammeenn ddeellaa mmiiccrrooeessttrruuccttuurraa ddeell eeuuttééccttiiccoo ssoolliiddiiffiiccaaddoo mmuueessttrraa qquuee ssee ppuueeddeenn ddiissttiinngguuiirr ddooss ffaasseess,, eessttaassaappaarreecceenn ccoonn ffrreeccuueenncciiaa ccoommoo ppllaaccaass ppaarraalleellaass.. LLaa ttrraannssffoorrmmaacciióónn eeuuttééccttiiccaa ssóólloo ppuueeddee ooccuurrrriirreenn uunnaa ccoommppoossiicciióónn yy tteemmppeerraattuurraass ddaaddaass,, ppoorr lloo ccuuaall ssee llllaammaa rreeaacccciióónn iinnvvaarriiaannttee..



NUCLEACIÓN Y CRECIMIENTO DE GRANOS Vamos hablar más en detalle delproceso de solidificación, yateniendo claro que esta dependeprincipalmente del tipo dematerial metálico que tengamos. Así, en realidad, el proceso desolidificación, pasa a través deuna secuencia de nucleación ycrecimiento. Nucleación. Existen dos formasen las cuales se pueden formarlos núcleos: 1. La Nucleación Homogénea,solo ocurre en fusiones muylimpias. El núcleo se forma por elordenamiento de los átomos enposiciones correspondientes a lared cristalina. Tal orden tambiénexiste en la fusión, pero sólo esdistancias cortas. Debajo delpunto de fusión, el ordenamientode largo alcance es posible, peroen su mayoría es sólo temporal.Los átomo están en unacondición altamente agitada aesta temperatura y se forman ydesaparecen de manera continuanúcleos embrionarios. Sólo losnúcleos que han alcanzado untamaño crítico son estables ycapaces de crecer lo cual hacensólo a temperaturasconsiderablemente por debajo dela Tm (el grado de tal

subenframiento se puedeexpresar como una fracción delpunto de fusión y se encuentraalrededor de 0,2 Tm en los metales puros); como se formanpocos núcleos, el tamaño de los granos es grueso. 2. La Nucleación Heterogénea, es típica en la mayor parte de losmetales prácticos. El número denúcleos se incrementa mucho, sereduce el tamaño de los granos yla necesidad de subenframientodisminuye o se elimina a travésde la nucleación sobre lasuperficie sólida de los agentes de nucleación. Éstos pueden serimpurezas residuales osustancias finamente divididas (amenudo, compuestosintermetálicos), agregados demodo intencional a la fusión, unpoco antes del vaciado. Si tienenuna estructura cristalinacompatible con poca diferenciaen el espaciamiento de la red ysi están humedecidos por elmaterial fundido, los átomos sepueden depositar con facilidadsobre ellos para formar cristalesen un subenfriamiento menor de5 ºC.

Crecimiento de Cristales. Una vez nucleados, los cristalescrecen esencialmente en dos

formas: 1. El Crecimiento Planar o Poligonal, ocurre cuando la extracción de calor se hace a través de la fase sólida y una interface sólida/líquida uniforme se mueve hacia el líquido. 2. El Crecimiento Dendrítico, es característico en las aleaciones de solución sólida. De nuevo, los cristales crecen en la dirección de la extracción del calor, pero, la solidificación comienza con una solidificación más pobre, mientras que el sólido remanente se enriquece. Acoplando con un subenfriamiento local en el líquido, esto lleva a la formación de un esqueleto cristalino ramificado, el cual recuerda a un árbol, y es por lo tanto, llamado dendrita (del griego dendron, árbol). A velocidades deenfriamiento mayores o en la presencia de agentes de nucleación, los granos se refinan (es decir, se hacen más pequeños) y con mayor relevancia para las propiedades mecánicas, también se reduce el espaciamiento del brazo secundario de la dendrita (las ramificaciones que se generan desde el la rama principal).

Realmente no existen cristalesperfectos, sino que contienenvarios tipos de imperfecciones ydefectos, que afectan a muchasde sus propiedades físicas ymecánicas y también influyen enalgunas propiedades de losmateriales a nivel de aplicacióningenieril, tal como la capacidadde formar aleaciones en frío, laconductividad eléctrica y lacorrosión. Las imperfecciones se clasificansegún su geometría y forma así: 1. Defectos puntuales o dedimensión cero. 2. Defectos lineales o de unadimensión, llamados tambiéndislocaciones.

3. Defectos inter-faciales osuperficiales. También deben incluirse losdefectos macroscópicos, tales

como fisuras, poros y lasinclusiones extrañas. 1. Defectos Puntuales o deDimensión Cero. VACANTE. Constituye el defectopuntual más simple. Es un huecocreado por la perdida de unátomo que se encontraba en esaposición. Puede producirsedurante la solidificación, porperturbaciones locales durante elcrecimiento de los cristales.También puede producirse por reordenamientos atómicos en elcristal ya formado, como consecuencia de la movilidad de los átomos. Son las imperfecciones máscomunes en los cristales. Se danhasta una por cada 10000átomos. Las vacantes de no equilibrio, tienen tendencia a agruparse formando clusters, que forman

divacantes o trivacantes. Las vacantes pueden trasladarse,cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altastemperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor. DEFECTOS INSTERSTICIALES.Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red, en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto intersticial”. Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores, puesto quenormalmente el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que se sitúa.

Imperfecciones y Defectos Cristalinos

EEll ffrreennttee ppllaannoo ssee ddaa pprriinncciippaallmmeenntteeccuuaannddoo ssoolliiddiiffiiccaammooss mmaatteerriiaalleess ppuurroossyy mmaatteerriiaalleess eenn ppuunnttooss eeuuttééccttiiccooss..CCrreeccee ccoonn uunn ffrreennttee ppllaannoo hhaassttaa eellmmoommeennttoo eenn qquuee ssee eennccuueennttrraa ccoonn eellffrreennttee ppllaannoo ddee oottrroo ggrraannoo..

LLooss ggrraannooss ddee ttiippoo ddeennddrrííttiiccoo ssee ddaannpprriinncciippaallmmeennttee ccuuaannddoo ssoolliiddiiffiiccaammoossssoolluucciioonneess ssoolliiddaass yy oottrrooss mmaatteerriiaalleessffuueerraa ddee llooss ppuunnttooss eeuuttééccttiiccooss.. CCrreecceennhhaassttaa eennccoonnttrraarr oottrraass rraammiiffiiccaacciioonneess ddeellaass ddeennddrriittaass vveecciinnaass,, ddeejjaannddoo eennttrreeeellllaass mmiiccrroo ggrriieettaass..

VVAACCAANNTTEE.. CCoonnssttiittuuyyee eell ddeeffeeccttooppuunnttuuaall mmááss ssiimmppllee.. EEss uunn hhuueeccooccrreeaaddoo ppoorr llaa ppeerrddiiddaa ddee uunn ááttoommoo qquueessee eennccoonnttrraabbaa eenn eessaa ppoossiicciióónn..



IMPUREZAS EN SÓLIDOS.Este defecto se introduce cuandoun átomo es reemplazado por unátomo diferente. El átomo sustituyente puede ser másgrande que el átomo original yen ese caso los átomos alrededor están a compresión ó puede sermás pequeño que el átomooriginal y en este caso los átomos circundantes estarán atensión. Este defecto puedepresentarse como una impureza o como una adición deliberadaen una aleación. Dependiendo de la clase deimpureza que se halle en elcristal, de su concentración y dela temperatura, se formará en el cristal una solución sólida. Cuando se habla de solución sólida hay que hacer claridadsobre algunos términos:

Soluto: Es el elemento ocompuesto dentro de la soluciónsólida, que se encuentra enmenor concentración.

Solvente: Es el elemento dentro de la solución sólida, quese encuentra en mayorconcentración.

Una solución sólida se formacuando átomos de soluto seadicionan al material y laestructura cristalina original semantiene. Se puede asimilar auna solución líquida en la que también los átomos que constituyen las impurezas(soluto) están distribuidos al azary uniformemente dispersosdentro del sólido. Los defectos puntuales deimpurezas dentro de las

soluciones sólidas, puedengenerarse por variosmecanismos: a. Sustitución: Aquí el solutoo las impurezas reemplazan aátomos originales. Esto se dacuando los átomos queconstituyen el soluto y elsolvente cumplen los siguientesrequerimientos (Reglas deHume-Rothery):

Los radios atómicos nodifieran más del 15%.

Las estructuras cristalinasdeben ser las mismas.

Las electronegatividadesdeben ser similares, ya que, deotra manera reaccionarían y seformarían nuevos compuestos.

Deben tener la mismavalencia. b. Intersticial: Aquí losátomos de las impurezas llenanlos vacíos o intersticios dentrodel material original. En lamayoría de los materialesmetálicos el empaquetamientoatómico es alto y los intersticiosson pequeños. Consecuentemente los diámetrosde los átomos que constituyenlas impurezas intersticialesdeben ser sustancialmente máspequeños que los del materialoriginal, razón por la cual, estedefecto es mucho menos común.Un ejemplo de este tipo deimpureza por sustitución loconstituyen el carbón y el hierro,en una solución sólida de estosdos elementos, el carbón puedesustituir al hierro en no más del

0,2%. c. Por Enlace Iónico:

Defecto Frenkel: Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red, a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

Defecto Schottky: Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión.

Defecto por re-

emplazamiento por iones de diferente carga: Otro defecto puntual importante ocurre cuando un ion de una carga reemplaza otro ion de diferente carga. Por ejemplo un ion de valencia +2 reemplaza a un ion de valencia +1. En este caso una carga extra positiva, se introduce dentro de la estructura. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga positiva (Enlaces iónicos).

2. Defectos Lineales o de Una Dimensión (Dislocaciones). Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, porcondensación de vacantes. Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales.

UUnn eejjeemmpplloo ddee uunnaa ssoolluucciióónn ssóólliiddaa eennllooss mmeettaalleess lloo ccoonnssttiittuuyyeenn eell CCoobbrree yy eellNNííqquueell,, qquuee hhaacceenn uunnaa ssoolluucciióónn ssóólliiddaappoorr ssuussttiittuucciióónn..

IImmppuurreezzaass iinntteerrssttiicciiaalleess ddee ccaarrbbóónn eennhhiieerrrroo..

AAllgguunnaass vveecceess,, uunn ááttoommoo eexxttrraa sseeiinnsseerrttaa ddeennttrroo ddee llaa eessttrruuccttuurraa ddee llaarreedd,, eenn uunnaa ppoossiicciióónn qquuee nnoorrmmaallmmeenntteennoo eessttáá ooccuuppaaddaa ffoorrmmaannddoo uunn ddeeffeeccttoollllaammaaddoo ““DDeeffeeccttoo iinntteerrssttiicciiaall””..

IImmppuurreezzaa oo eemmppllaazzaammiieennttoo ppoorreelleemmeennttooss ddee mmuucchhoo mmeennoorr ttaammaaññoo eennllaa ppoossiicciióónn ddee uunn eelleemmeennttoo ddeellssoollvveennttee.

IImmppuurreezzaa oo eemmppllaazzaammiieennttoo ppoorreelleemmeennttooss ddee mmaayyoorr ttaammaaññoo eenn llaappoossiicciióónn ddee uunn eelleemmeennttoo ddeell ssoollvveennttee..



DDeeffeeccttooss ppoorr EEnnllaaccee IIóónniiccoo:: AA.. DDeeffeeccttoo ddee FFrreennkkeell;; BB.. DDeeffeeccttoo SScchhoottttkkyy;; CC..DDeeffeeccttoo ppoorr RRee-- eemmppllaazzaammiieennttoo ppoorr IIoonneess ddee DDiiffeerreennttee CCaarrggaa..

DISLOCACIÓN DE CUÑA. Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos alado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve curvatura de los planos verticales de los átomos mas cercanos del extra semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al semiplano insertado. La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llama Deslizamiento o vector de Burgers y es perpendicular a la línea de dislocación de cuña. DISLOCACIÓN HELICOIDAL.Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura, en un cristal perfectoque ha sido separado por un plano cortante. Aquí el vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación. DISLOCACIONES MIXTAS. Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, peromantiene una orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en torno a la dislocación mixta es difícil de visualizar, pero el vector de Burgers proporciona una descripción conveniente ysencilla. SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES. Aunque los

deslizamientos o desplaza-mientos atómicos pueden ocurriren cerámicos y polímeros, estosprocesos son particularmenteútiles para entender elcomportamiento mecánico de losmetales. Primero que todo, eldeslizamiento atómico explica por que la resistencia de losmetales es mucho mas baja queel valor teórico predicho de losenlaces metálicos. Cuando losdeslizamientos ocurren, solo unapequeña fracción de todos losenlaces metálicos a lo largo de lainterfase necesita ser roto y lafuerza requerida para deformar el metal es pequeña. Segundo, los deslizamientosproveen ductilidad en losmetales. Si no estuvieranpresentes las dislocaciones, unabarra de hierro sería frágil y losmetales no podrían sermoldeados por varios procesostales como forjado. Tercero, es posible controlar laspropiedades mecánicas de un metal o aleación interfiriendo conel movimiento de lasdislocaciones. Un obstáculointroducido dentro del cristalevita que una dislocación sedeslice a menos de que se aplique una fuerza muy grande. Es posible encontrar un grannúmero de dislocaciones en losmateriales. La densidad de lasdislocaciones o longitud total delas dislocaciones por unidad devolumen, se usa generalmentepara representar la cantidad dedislocaciones presentes. Densidades de dislocaciones de10 m x mm3, son típicas de losmetales más suaves, mientrasque densidades de dislocacionessuperiores a 1.000 Km x mm3, se pueden conseguir deformando el material.

DDiissllooccaacciióónn ddee CCuuññaa..

DDiissllooccaacciióónn HHeelliiccooiiddaall.. DDiissllooccaacciioonneess MMiixxttaass



3. Defectos Inter-faciales oSuperficiales. Los defectos superficiales son loslímites, bordes o planos quedividen un material en regiones,cada una de las cuales tiene lamisma estructura cristalina perodiferente orientación. SUPERFICIE EXTERNA. Lasdimensiones exteriores delmaterial representan superficiesen las cuales la red terminaabruptamente. Los átomos de lasuperficie, no están enlazados alnúmero máximo de vecinos quedeberían tener y por lo tanto,

esos átomos tienen mayor estado energético que los átomos de las posiciones internas. Los enlaces de esos átomos superficiales que no están satisfechos, dan lugar a una energía superficial,expresada en unidades de energía por unidad de área (J/m2 o Erg/cm2). Además la superficie del material puede ser rugosa, puede contenerpequeñas muescas y puede ser mucho más reactiva que el resto del material. BORDES DE GRANO. Se puede definir como la superficie que

separa los granos individuales de diferentes orientaciones cristalo-gráficas en materiales poli-cristalinos. El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformementeseparados, o sea, que hay átomos que están muy juntos causando una compresión, mientras que otros estánseparados causando tensión. De cualquier forma, los límites de grano son áreas de alta energía y hace de esta región una más favorable para la nucleación y elcrecimiento de precipitados.

DDeeffeeccttoo ppoorr lliimmiittee ddee ggrraannoo,, sseepprreesseennttaa ppoorr qquuee llooss ááttoommooss qquuee sseeeennccuueennttrraann eenn llaa ffrroonntteerraa,, aall eessttaarrddeessaappaarreeaaddooss ggeenneerraann uunnaa zzoonnaa ddeeaallttaa ccoonncceennttrraacciióónn eenneerrggééttiiccaa..

El objetivo que se persigue conlos tratamientos térmicos, es elde mejorar o modificar laspropiedades de los metales oaleaciones, mediante la altera-ción de su estructura, con el fin,que gracias a las propiedadesadquiridas puedan desempeñarcon garantías los trabajos a losque han de ser destinados.Aunque la mayor parte de losmetales y aleaciones admitentratamiento térmico, lasaleaciones de tipo ferroso son lasque mejor se prestan a ello. El tratamiento térmico consisteen calentar el acero a unatemperatura determinada,mantenerlo a esa temperaturadurante un cierto tiempo hastaque se forme la estructuradeseada y luego enfriarlo a lavelocidad conveniente. Losfactores temperatura-tiempodeben ser muy bien estudiadosdependiendo del material,tamaño y forma de la pieza. Deésta forma se lograránmodificaciones a nivel micros-cópica, transformaciones de tipofísico, cambios de composición ouna determinada estructurainterna cuyas propiedadespermitirán alcanzar algunos delos siguientes objetivos:

Lograr una estructura demejor dureza y mayormaquinabilidad.

Eliminar tensiones internas yevitar deformaciones despuésdel mecanizado.

Eliminar la acritud queocasiona el trabajo en frío.

Conseguir una estructura

más homogénea.

Obtener la máxima dureza y resistencia posible.

Variar algunas de las propiedades físicas. Todas las características detalladas anteriormente se consiguen con alguno de los tratamientos térmicos que se explican a continuación: 1. RECOCIDO 2. TEMPLADO 3. REVENIDO

4. ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN O POR ENVEJECIMIENTO.

RECOCIDO. Tratamiento consistente en ablandar y afinar el grano, eliminar tensiones y la acritud producida por la conformación del material en frío. El recocido se obtiene calentando las piezas a la temperatura adecuada y enfriándolas lentamente en el mismo horno o recubriéndolas de arena o cenizas calientes. Existen diferentes tipos de Recocido de los que destacamos los siguientes: Recocido de regeneración. Tiene por objeto afinar el grano de los aceros sobrecalentados. Recocido globular. Se efectúa para lograr una más fácil deformación en frío.

Recocido contra la acritud. Para recuperar las propiedades perdidas en la deformación en frío (acritud). Recocido de ablandamiento. Cuando hay que mecanizar piezas templadas con anterioridad (Tª superior a la crítica AC3). Recocido de estabilización. Elimina las tensiones internas de las piezas trabajadas en frío. Recocido isotérmico. Para mejorar la maquinabilidad de las piezas estampadas en caliente. Doble recocido. Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleación. TEMPLE. El temple es un tratamiento que tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia del acero. Despuésdel temple, siempre debe de hacerse la operación de revenido para eliminar y suavizar las tensiones internas creadas durante el tratamiento anterior. El temple consiste en calentar el acero a una temperatura suficientemente elevada como para transformarlo en austenita; seguido de un enfriamiento adecuado para transformar la austenita en martensita. Se denomina templabilidad a la capacidad de penetración del temple que tienen los aceros; la templabilidad depende funda-mentalmente del espesor de la pieza y de la calidad del acero (composición química).

Tratamientos Térmicos

SSee ccoonnooccee ccoommoo ttrraattaammiieennttoo ttéérrmmiiccoo eellpprroocceessoo aall qquuee ssee ssoommeetteenn llooss mmeettaalleessccoonn eell ffiinn ddee mmeejjoorraarr ssuuss pprrooppiieeddaaddeessmmeeccáánniiccaass,, eessppeecciiaallmmeennttee llaa dduurreezzaa,, llaarreessiisstteenncciiaa yy llaa tteennaacciiddaadd..

LLaass pprrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass ddee llaassaalleeaacciioonneess ddee uunn mmiissmmoo mmeettaall,, rreessiiddeeeenn llaa ccoommppoossiicciióónn qquuíímmiiccaa ddee llaaaalleeaacciióónn qquuee llooss ffoorrmmaa yy eell ttiippoo ddeettrraattaammiieennttoo ttéérrmmiiccoo aa llooss qquuee ssee lleessssoommeettee.. LLooss ttrraattaammiieennttooss ttéérrmmiiccoossmmooddiiffiiccaann llaa eessttrruuccttuurraa ccrriissttaalliinnaa qquueeffoorrmmaann llooss aacceerrooss ssiinn vvaarriiaarr llaaccoommppoossiicciióónn qquuíímmiiccaa ddee llooss mmiissmmooss..



Una pieza de mucho espesor y de acero al carbono se puede decir que tiene poca templabilidad y por lo tanto, su interior no quedará templado aunque el exterior lo esté. Sin embargo, esta misma pieza pero de acero aleado quedará totalmente templada, en todo su espesor y por consiguiente se denominará acero de mucha templabilidad. Al realizar el temple hay que tener en cuenta los siguientes factores que influyen en el mismo:

Composición del acero.

Diferencia de masas.

Temperatura y tiempo de calentamiento.

Tipo de horno (protección o no), sales, vacío, etc.

Velocidad de enfriamiento.

Medios de enfriamiento. Existen diferentes tipos de temple de los cuales podemos destacar:

Temple continuo (completo e incompleto).

Temple escalonado -Isométrico (Austémpering y Martémpering).

Temple superficial. Temple Continuo Completo. Se aplica a los aceros hipoeutectoides (con un contenido en carbono inferior al 0,8%). Se caliente la pieza hasta la temperatura de temple y seguidamente se enfría en el medio adecuado (puede ser agua, aceite, sales o aire) el constituyente obtenido es la martensita. La martensita, es el constituyente de los aceros cuando éstos están templados, es magnética y tiene una dureza de 50-60 HRC (Dureza Rokwell C), que equivale a 450-625 HB (Dureza Brinell). Temple Continuo Incompleto. Se aplica a los aceros hipereutectoides (con un contenido en carbono superior al

0,8%). Se calienta la pieza hasta latemperatura en la zona detransición, con lo cual la perlitase transforma en austenita yquedando intacta la cementita.Después de enfriar la piezaadecuadamente; la estructuraresultante estará compuesta demartensita y cementita. La Perlita, es un compuestoformado por ferrita y cementita,en los aceros ordinarios la perlitatiene una dureza de 15-25 HRC, que equivale a 200-250 HB. La Ferrita, es hierro casi puro,normalmente lleva impurezas deSi y P (Silicio y Fósforo). Es elcomponente más blando delacero con una dureza de 52 HRB(Dureza Rockwell B), queequivale a 90 HB. La Cementita, por contra es elcomponente más duro de losaceros con una dureza superior alas 60 a 70 HRC, que equivalena más de 627 HB y porconsiguiente es frágil. Lacementita es Carburo de Hierro(Fe3 C). Temple Escalonado Austém-pering. Consiste en calentar elacero a la temperatura adecuaday mantenerla, hasta que toda lapieza, se transforme enAustenita, seguidamente seenfría a una temperaturauniforme en un baño de saleshasta que la Austenita setransforme en Bainita. Losresultados de éste temple en laspiezas son satisfactorios. La Austenita es básicamenteuna solución sólida de Carburode hierro, es dúctil y tenaz,blanda y resistente al desgastecon una dureza de 32 HRC, es decir, 300 HB. La Bainita esta formada poruna mezcla difusa de Ferrita yCementita, que se obtiene altransformar isométricamente laAustenita a una temperatura250º - 500 º C. Temple Escalonado Martém-pering. Se sigue el mismoproceso que el templeAustémpering con la diferenciade que la temperatura del bañode enfriamiento está situadasobre 200 ºC. Temple superficial. Se basa en un calentamiento superficial muy

rápido de la pieza y un enfriamiento también muy rápido, de manera que sólo una capa de la misma alcanza la Austenización. Así se consigue que el núcleo de la pieza quede blando y tenaz, por el contrario, la superficie exterior queda dura y resistente al rozamiento. Este tipo de temple es empleado para endurecer superficies de piezas de gran tamaño, como por ejemplo: Bancadas de máquinas, Guías de carros deslizantes, etc. REVENIDO. Este tratamiento térmico le sigue al temple, con el objeto de eliminar la fragilidad y las tensiones creadas en la pieza, durante el proceso de templado. Consiste en calentar las piezas a una temperatura inferior a la de recristalización, con el fin, que la martensita se transforme en una estructura más estable, terminando con un enfriamiento más bien rápido, pero esta dependerá del tipo de material. Las temperaturas del revenido, así como, el número de veces que se debe realizar dicha operación vendrán determinada en función del gráfico que nos indique el proveedor del material. Los factores que más influyen en el resultado del revenido son la temperatura y el tiempo de calentamiento a que se somete la pieza. Hay que tener en cuenta que el revenido es importantísimo para conseguir la dureza que se requiere, pero teniendo una buena tenacidad en servicio, es decir, una pieza templada por si misma no esta apta para servicio, pues sería una pieza muy dura, pero a su vez muy frágil, el revenido reacomoda la estructura permitiendo que sea dura y tenaz a la vez. ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN O POR ENVEJECIMIENTO. Histórica-mente, el descubrimiento accidental del endurecimiento por precipitación se hizo en las aleaciones de aluminio. Este procedimiento se descubrió en Alemania, cuando se repitió el ensayo de dureza a una muestra de Duraluminio, una aleación de aluminio y cobre, después de

DDiiaaggrraammaa TTTTTT ((TTiieemmppoo –– TTeemmppeerraattuurraa–– TTrraannssffoorrmmaacciióónn)),, ccoonn llaa ccuuaall ssee vvee eellttiieemmppoo yy llaa tteemmppeerraattuurraa qquuee sseerreeqquuiieerree ppaarraa oobbtteenneerr uunnaattrraannssffoorrmmaacciióónn eessppeecciiffiiccaa eenn eellmmaatteerriiaall.. EEssttooss ddiiaaggrraammaass ssoonneessppeeccííffiiccooss ppaarraa ccaaddaa mmaatteerriiaall..TTaammbbiiéénn ccoonnoocciiddaa,, ccoommoo ccuurrvvaa ddee llaa““SS”” oo ddee llaa ““CC””,, ppoorr ssuu ffoorrmmaa..

DDiiaaggrraammaa HHiieerrrroo –– CCaarrbboonnoo oo HHiieerrrroo ––CCaarrbbuurroo ddee HHiieerrrroo ((FFee –– FFee33CC)).. EEsstteeddiiaaggrraammaa ssaallee ddee uunn eennffrriiaammiieennttoo lleennttooddeell aacceerroo ddeessddee tteemmppeerraattuurraa ddeelliiqquuiidduuss hhaassttaa tteemmppeerraattuurraa aammbbiieennttee..

LLaa eessttrruuccttuurraa ddee llaa mmaarrtteennssiittaa ttiieennee llaaaappaarriieenncciiaa ddee lláámmiinnaass oo ddee aagguujjaass((vvaarriiaanntteess)).. LLaa ffaassee bbllaannccaa eess aauusstteenniittaaqquuee nnoo ssee ttrraannssffoorrmmaa dduurraannttee eell tteemmpplleerrááppiiddoo.. LLaa mmaarrtteennssiittaa ttaammbbiiéénn ppuueeddeeccooeexxiissttiirr ccoonn oottrrooss ccoonnssttiittuuyyeenntteess,,ccoommoo llaa ppeerrlliittaa..



DDeessppuuééss ddee llaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn,, aallgguunnaass aalleeaacciioonneess ssee ppuueeddeenn rreeffoorrzzaarrssuussttaanncciiaallmmeennttee ppoorr mmeeddiioo ddeell ttrraattaammiieennttoo ttéérrmmiiccoo ddee eenndduurreecciimmiieennttooppoorr pprreecciippiittaacciióónn..

que había permanecido un tiempo en el laboratorio. Al repetir el ensayo se observo una dureza mucho mayor. El primer nombre que se dio al fenómeno fue el de endurecimiento por envejecimiento. Los estudios sobre este fenómeno pusieron de manifiesto que este también ocurría en otros sistemas de aleación, y que la razón del endurecimiento es la formación de precipitados en las soluciones sobresaturadas. Por tanto, el nombre correcto del fenómeno es endurecimiento por precipitación, aunque todavía se le conoce como endurecimiento por envejecimiento. Los requisitos fundamentales para que una aleación presente endurecimiento por enveje-cimiento, son los siguientes: 1. Que la aleación presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a medida que la temperatura aumenta. 2. Que el material a alta temperatura, en la cual hay más solutos en solución, pueda sertemplado o congelado, a la temperatura ambiente o por debajo de ella. Esto implica que la curva “C” o de la “S” de la aleación presente un régimen de enfriamiento crítico factible y razonable, con los medios de inmersión disponible. Puesto que la aleación templada contiene más soluto a temperatura ambiente que cuando está en equilibrio, se trata de una solución sobresaturada, inestable, que tiende a precipitar el exceso de solución o fase. Con base a estos requisitos, el

proceso de tratamiento térmico para conseguir el endurecimiento por precipitación consiste en las etapas siguientes: 1. Recocido por disolución.El término disolución indica que se calienta la aleación a una temperatura en la que aumenta la cantidad de soluto en la solución sólida. Recocido indica que el calentamiento también reblandece la aleación.

2. Templado para formar una solución sobresaturada.Ésta es la etapa más crítica de la serie de procedimientos deltratamiento térmico. La velocidad de templado, debe ser mayor que la velocidad de enfriamiento crítico para conservar la composición a la temperatura de recocido por disolución y para formar una solución sobresaturada del soluto o fase. Esto crea la fuerza impulsora de la precipitación del soluto o fase en exceso.

Precipitación del exceso de soluto o fase. El endurecimiento de la aleación se consigue precipitando el exceso de soluto o fase en forma de unprecipitado transitorio, metaestable y coherente. El endurecimiento se debe a ladeformación de la red (deformación coherente) inducido por el precipitado coherente. Cuando la precipitación se hace a temperatura ambiente, se trata de un envejecimiento natural; cuando se hace a temperaturas más altas, se llamaenvejecimiento artificial.

EEnn llaa iimmaaggeenn iizzqquuiieerrddaa ssee oobbsseerrvvaa llaa nnuucclleeaacciióónn ccoonn uunnaa vveelloocciiddaadd ddeeeennffrriiaammiieennttoo lleennttaa yy eenn eell ddee llaa ddeerreecchhaa eess ccoonn uunnaa vveelloocciiddaaddmmooddeerraaddaammeennttee mmááss rrááppiiddaa,, ssee oobbsseerrvvaa eell ccaammbbiioo ddeell ttaammaaññoo ddee llaannuucclleeaacciióónn..

DDiiaaggrraammaa TTTTTT ppaarraa llaa pprreecciippiittaacciióónn ddee llaa aalleeaacciióónn MMgg55AAll88,,ssiieennddoo eessttaa uunnaa ssoolluucciióónn ssoolliiddaa ddee AAlluummiinniioo ((AAll)) ccoonn 55..55 %%wwtt ddeeMMgg..

SSee ppuueeddeenn uuttiilliizzaarr ddiiffeerreenntteess ttiippooss ddee hhoorrnnooss ppaarraa ccaalleennttaarr llaass ppiieezzaass oollooss mmaatteerriiaalleess ppaarraa sseerr ttrraattaaddooss TTéérrmmiiccaammeennttee..



Las propiedades de los metales se clasifican en físicas, mecánicas y tecnológicas. PROPIEDADES FÍSICAS.Dependen del tipo de aleación y las más importantes son: Peso Específico. Puede ser absoluto o relativo. El primero,es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogéneo. El peso específico relativo es la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los sólidos y líquidos se toma como referencia el agua destilada a 4°C. Calor Específico. Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor específico varía con la temperatura. En la práctica, se considera el calor específico medio en un intervalo de temperaturas. Punto de Fusión. Es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al líquido, transformación que se produce con absorción de calor. El punto de solidificación es la temperatura a la cual un líquido pasa al estado sólido. Durante la transformación hay cesión de calor. Casi siempre coinciden los puntos de fusión y de solidificación. Calor Latente de Fusión. Es el calor necesario para vencer las fuerzas moleculares del material (a la temperatura de fusión) y transformarlo de sólido en líquido. Resistencia a la Corrosión. La corrosión de los metales puede originarse por:

Reacciones químicas con los agentes corrosivos.

Reacciones electroquímicas producidas por corrientes electrolíticas, generadas en elementos galvánicos, formados en la superficie con distinto potencial. Las corrientes electrolíticas se producen con desplazamiento de iones metálicos.

La corrosión electrolítica puedeproducirse por:

Heterogeneidad de la

estructura cristalina.

Tensiones internasproducidas por deformación enfrío o tratamientos térmicos malefectuados.

Diferencia en la ventilación

externa.

La protección de los metalescontra la corrosión puedehacerse por:

Adición de elementosespeciales que favorecen laresistencia a la corrosión.

Revestimientos metálicosresistentes a la corrosión.

Revestimientos con láminas

de resinas sintéticas o polímeros. PROPIEDADES MECANICAS.Son aquellas que expresan elcomportamiento de los metalesfrente a esfuerzos o cargas quetienden a alterar su forma. Resistencia. Capacidad desoportar una carga externa. Si,el metal debe soportarla sinromperse, se denomina carga derotura y puede producirse portracción, por compresión, portorsión o por cizallamiento.Habrá una resistencia a la rotura(kg/mm²) para cada uno deestos esfuerzos. Dureza. Propiedad que expresael grado de deformaciónpermanente que sufre un metalbajo la acción directa de unacarga determinada. Los ensayosmás importantes para designarla dureza de los metales, son losde penetración, en que se aplicaun penetrador (de bola, cono odiamante) sobre la superficie delmetal, con una presión y untiempo determinados, a fin dedejar una huella que depende dede la dureza del metal, losmétodos más utilizados son losde Brinell, Rockwell y Vickers.Entre mayor sea la cohesiónentre las partículas, mayor va aser la dureza del material. Elasticidad. Capacidad de unmaterial elástico, para recobrarsu forma al cesar la carga que lo

ha deformado. Se llama límite elástico, a la carga máxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformación permanente. Su determinación tiene gran importancia en el diseño de toda clase de elementos mecánicos, ya que, se debe tener en cuenta, que las piezas deben trabajar siempre por debajo del límite elástico, se expresa en Kg/mm². Plasticidad. Capacidad de deformación permanente de un metal, sin que llegue a romperse. Tenacidad. Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto,que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad. Fragilidad. Propiedad que expresa falta de plasticidad y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir, su rotura se produce espontá-neamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico. Resiliencia. Resistencia de unmetal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy. Fluencia. Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina también creep. Fatiga. Si se somete una pieza a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que producirían deformaciones. Hay otras dos propiedades que se desprenden de las propiedades mecánicas, que son la Isotropía y la Anisotropía. Isotropía. Característica de los materiales que consiste en presentar el mismo comportamiento ante una acción, sin importar la dirección de aplicación. Anisotropía. Variación del comportamiento del material de acuerdo a la dirección de

EEll ppuunnttoo ddee ffuussiióónn eess mmuuyy iimmppoorrttaanntteeeenn pprroocceessoo ddee ttrraannssffoorrmmaacciióónn ccoommoossoonn eell ddee ffuunnddiicciióónn yy eell ddee ssoollddaadduurraa..

Propiedades de los Metales

LLaa mmaaqquuiinnaa uunniivveerrssaall ddee eennssaayyooss eess eelleeqquuiippoo eemmpplleeaaddoo ppaarraa hhaacceerr eennssaayyoossccoommoo ssoonn eell ddee tteennssiióónn,, ccoommpprreessiióónn,,fflleexxiióónn yy ffaattiiggaa..

SSoonn vvaarriiooss llooss ttiippooss ddee eennssaayyooss ddeedduurreezzaa qquuee ssee ppuueeddeenn rreeaalliizzaarr,, ssiinneemmbbaarrggoo llooss mmááss uussaaddooss ssoonn DDuurreezzaaBBrriinneellll,, DDuurreezzaa RRoocckkwweellll,, DDuurreezzaaVViicckkeerrss yy MMiiccrroo dduurreezzaa KKnnooooppss..



aplicación de un fenómeno. Eneste caso se habla de que elmaterial se deforma sobre unosplanos preferidos. PROPIEDADES TECNOLO-GICAS. Determina la capacidadde un metal a ser conformado enpiezas o partes útiles oaprovechables. Estas son: Ductilidad. Es una propiedad que presentan algunosmateriales, como las aleacionesmetálicas, los cuales bajo laacción de una fuerza, puedendeformarse ostensible-mente sin romperse, permitiendo obteneralambres o hilos de dichomaterial. Los materiales pocoo nada dúctiles se clasifican defrágiles. Disminuye al aumentarla dureza. Los metales másdúctiles son el oro, plata, cobre,hierro, plomo y aluminio. Maleabidad. Es la propiedad de la materia, que junto a laductilidad presentan los cuerposa ser labrados por deformación.Se diferencia de aquella en quemientras la ductilidad se refierea la obtención de hilos, lamaleabilidad permite la

obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa. También presenta esta característica, en menor medida, el aluminio habiéndose popularizado el papel de aluminio como envoltorio conservante para alimentos así como en la fabricación de tetra-brick. Es la propiedad de variar la forma del acero en frío por golpeo, presión. Forjabilidad. Es la capacidad de un metal para poder soportar en estado sólido y en caliente, una variación de su forma por acciones mecánicas de golpeo.

Colabilidad. Es la capacidad deun metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable, debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde.

Los metales más fusibles y colables son la fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras. Soldabilidad. Es la aptitud de un metal, para soldarse con otro

idéntico, bajo presión ejercida sobre ambos en caliente. Poseen esta propiedad los aceros de bajo contenido de carbono. Endurecimiento por el temple. Es la propiedad del metal, de sufrir transformaciones en su estructura cristalina, como resultado del calentamiento y enfriamiento sucesivo y por ende de sus propiedades mecánicas y tecnológicas. Los aceros se templan fácilmente debido a la formación de una estructura cristalina característica denominada martensita. Facilidad de mecanizado. Es la propiedad de un metal, de dejarse mecanizar con arranque de viruta, mediante una herramienta cortante apropiada. La fundición gris y el bronce, al ser mecanizados, generan virutas cortadas en forma de escamas; el acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas.

Constituyen la mayoría de los metales empleados eningeniería. Son muy usados parasoportar cargas estructurales otransmitir potencia. Se dividen en tres categorías, de acuerdo a la cantidad de carbonoque contengan:

Hierro Puro: Menos de 0.05 %wt de carbono.

Aceros: Tienen entre 0.05 y2.0 %wt de carbono.

Fundiciones: Tienen entre

2.0 y 6,7 %wt de carbono. Los aceros a su vez se dividenen:

Aceros de baja aleación:Si contienen menos del 5% enpeso de elementos aleantes.

Aceros de alta aleación:Contienen mas del 5% en pesode elementos aleantes. Los elementos aleantes

incrementan el costo del material y por ello su uso solo se justifica, si mejora esencialmente las propiedades, tales como la resistencia mecánica o la resistencia a la corrosión. EL HIERRO PURO. Es un metal de color gris, dúctil, maleable, tenaz y magnético, conocido desde la prehistoria y el másutilizado para uso industrial, casi siempre con cierto contenido de carbono y en forma de aleaciones con otros metales, aceros y fundiciones. Es un elemento simple,perteneciente al grupo VIII de la tabla periódica. Símbolo Fe, número atómico 26 y masa atómica 55,847. El Hierro es el principal metal utilizado en la industria moderna. Representa un 5% de la corteza terrestre, aunque, desde el punto de vista de la explotación sólo tienen interés, los lugares donde el acumulamiento de este metal va desde el 20 al 65 por

ciento. La localización y las características químicas, influyen decisivamente en la viabilidad del contenido del hierro, que hacen de la roca un yacimiento explotable. Aunque se explotan algunos yacimientos con contenidos de un 30 por ciento, la mayoría de las minas importantes tienen contenidos de este elemento que exceden el 50 por ciento. El hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno y para fabricar armas; el objeto más antiguo, aún existente, es un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del 4000 a.C. El término arqueológico Edad del Hierro, se aplica sólo al periodo en el que se extiende la utilización y el trabajo del hierro. El procesado moderno del hierro no comenzó en Europa central, sino hasta la mitad del siglo XIV.

Materiales Ferrosos

LLaass iimmppeerrffeecccciioonneess ccrriissttaalliinnaass,, ssoonn llaasspprriinncciippaalleess ccaauussaanntteess ddee llaa rriiqquueezzaa ddeepprrooppiieeddaaddeess qquuee eennccoonnttrraammooss eenn lloossmmeettaalleess..

EEll hhiieerrrroo ffuuee ddeessccuubbiieerrttoo eenn llaapprreehhiissttoorriiaa yy eerraa uuttiilliizzaaddoo ccoommoo aaddoorrnnooyy ppaarraa ffaabbrriiccaarr aarrmmaass..

LLooss mmaatteerriiaalleess FFeerrrroossooss,, sseemmaaggnneettiizzaann ffáácciillmmeennttee aa tteemmppeerraattuurraaoorrddiinnaarriiaa;; eess ddiiffíícciill mmaaggnneettiizzaarrlloo eennccaalliieennttee yy aa uunnooss 779900 °°CC ddeessaappaarreecceennllaass pprrooppiieeddaaddeess mmaaggnnééttiiccaass..



Propiedades. El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil. Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente y a unos 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas. Tiene un punto de fusión de unos 1.535 °C, un punto de ebullición de 2.750 °C y una densidad relativa de 7,86. Su masa atómica es 55,847. El metal existe en tres formas alotrópicas distintas: hierro ordinario o hierro−α (hierro − alfa), hierro−γ (hierro − gamma) y hierro−δ (hierro − delta). La disposición interna de los átomos en la red del cristal varía en la transición de una forma a otra. La transición de hierro− α a hierro− γ, se produce a unos 910 °C, y la transición de hierro− γ a hierro− δ, se produce a unos 1.400 °C. Las distintas propiedades físicas, de las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de carbono admitida por cada una de las formas, desempeñan un papel importante en la formación, dureza y temple del acero, como ya hemos visto. Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroeformando óxido de hierro hidratado, una sustancia pardo−rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín o herrumbre. La formación de orín, es un fenómeno electroquímico, en el cual, las impurezas presentes en el hierro,interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el orín. La reacción,es más rápida, en aquellos lugares donde se acumula el orín y la superficie del metal acaba agujereándose.

Al sumergir hierro en ácidonítrico concentrado, se formauna capa de óxido que lo hacepasivo, es decir, no reactivoquímicamente con ácidos u otrassustancias. La capa de óxidoprotectora se rompe fácilmentegolpeando o sacudiendo elmetal, que vuelve así a seractivo. El hierro químicamente puro (Fe)es un elemento de color grisazulado, que funde a 1,259 C. No tiene aplicación en laingeniería, por lo que relegamossu estudio a la química. El hierro que se encuentra en elmercado y se utiliza en laindustria no es puro, sino unaaleación de hierro y carbono. EL HIERRO DULCE. Es de colorgris claro. Funde a temperaturade 1,500 C y puede soldarseconsigo mismo. Es tenaz. ACEROS. Es una aleación dehierro y carbono, con 0,03 –2,00 %wt de este últimoelemento, junto con la adición dediversos ligantes para mejorarlas características y laspropiedades. La subdivisión de los distintostipos de acero se basa en elnúmero y cantidad de losligantes presentes. Loselementos adicionales queintervienen en una aleación, enla mayoría de los casos, sonindeseables, tales como elfósforo y el azufre. En lapráctica, la eliminación de estos y otros elementos resulta muydifícil. Sin embargo, hay otroselementos que ayudan a laobtención de aceros de mejorcalidad, y por ello, hay queañadirlos en forma deferroaleaciones. Clasificación de los Aceros.Los aceros se pueden dividir endos grandes grupos que son:

Aceros al carbono

Aceros aleados.

Aceros Inoxidables.

Aceros de Baja Aleación Ultrarresistentes.

Aceros al Carbono. En los aceros al carbono, el únicoelemento que interviene comoaleante es el carbono (C). No

obstante, siempre existirán pequeñas cantidades de algunos elementos, que en general,tienen la consideración de impurezas y que provienen de distintas fuentes. El fósforo, se disuelve en la ferrita y en menor medida en la austenita y posee un gran poder endurecedor. No obstante, su concentración debe mantenerse pequeña, ya que, tiene gran tendencia a segregarse, sobre todo en los aceros aleados, lo que provoca un aumento de la fragilidad. Por ello, es conveniente que su concentración, esté por debajo del 0.05%wt, excepto, en aquellos aceros que se desea que sean muy fáciles de mecanizar, en cuyo caso la concentración puede llegar a ser del 0.15%wt. El azufre, forma con el hierro el correspondiente sulfuro, que es frágil y constituye una de las fases de un eutéctico ternario que funde a 980 ºC, causando la fragilización del acero, por lo que su concentración suele ser inferior al 0.05%. El silicio, añadido con fines desoxidantes, puede formar inclusiones de silicatos, que son duras y frágiles y al ser incoherentes con la matriz, pueden dar lugar a grietas. El silicio no combinado, puede disolverse en el hierro, endureciendo la ferrita. El manganeso, se añade al acero líquido para evitar la formación de SFe (sulfuros de hierro), por constitución de SMn (sulfuros de manganeso). Por ello, hay que añadirlo en una cantidad, por lo menos, ocho veces mayor que la de azufre. El SMn se elimina, en parte, en la solidificación y el que queda en el acero como inclusión dúctil. Asimismo, el manganeso puede dar lugar, también, a impurezas metálicas que no son perjudiciales y que, incluso, mejoran la templabilidad del acero, por lo que se utiliza como elemento de aleación en cantidades mayores. Tanto el silicio, como el manganeso, se consideran elementos de aleación cuando intervienen en cantidades superiores al 0.35wt. Los aceros al carbono se pueden utilizar sin que presentenproblemas, si la resistencia y

EEnn llooss aacceerrooss aall ccaarrbboonnoo,, eell úúnniiccooeelleemmeennttoo qquuee iinntteerrvviieennee ccoommoo aalleeaanntteeeess eell ccaarrbboonnoo ((CC)).. AA mmaayyoorr ccaannttiiddaadd ddeeppoorrcceennttaajjee ddee CC,, eell mmaatteerriiaall ssee hhaacceemmááss dduurroo yy mmeennooss ddúúccttiill..

LLooss eelleemmeennttooss aalleeaanntteess eenn lloossmmaatteerriiaalleess ffeerrrroossooss,, hhaacceenn qquuee llaassaalleeaacciioonneess ppuueeddaann tteenneerr iinnffiinniiddaadd ddeeaapplliiccaacciioonneess,, ddeessddee llooss aacceerrooss aallccaarrbboonnoo,, hhaassttaa llooss aacceerrooss mmááss aalleeaaddoossyy llaass ffuunnddiicciioonneess.. EEss iimmppoorrttaannttee tteenneerrccllaarroo qquuee hhaaccee ccaaddaa aalleeaannttee ppoorr llaasspprrooppiieeddaaddeess ddeell mmaatteerriiaall..



otros requerimientos mecánicosno son demasiado severos. Elcoste de este tipo de aceros esrelativamente bajo, peropresentan algunas limitaciones,puesto que tienen una escasaresistencia a la corrosión yoxidación, así como, al impacto abajas temperaturas. Además, para obtener unaestructura totalmentemartensítica, los aceros decontenido medio o bajo en carbono deben ser enfriadosrápidamente, lo que producetensiones, que pueden conducira la rotura prematura. Por tanto,su baja templabilidad hace quenormalmente se utilicen enestado de recocido onormalizado. La resistencia aumenta con el contenido en carbono, al mismotiempo que disminuye suplasticidad y tenacidad, sobretodo para aceroshipereutectoides (con contenidossuperiores a 0.8% de C) que tienen una matriz de cementita. La elección del contenido encarbono, en este tipo de aceros tiene algunas limitaciones. Así,para contenidos superiores al0.3%, y siempre que las piezassean suficientemente pequeñas,puede considerarse la posibilidadde bonificarlos (temple másrevenido a alta temperatura). La resistencia obtenidadependerá tanto del contenidoen carbono como de latemperatura y tiempo derevenido. Se debe elegir, el contenido en carbono mínimoque sea capaz de suministrar laresistencia deseada. Otra limitación, que se tiene a la hora de elegir el contenido encarbono, es la necesidad de obtener la resistencia mecánicadeseada mediante un revenidoque no induzca fragilidad, lo queelimina en todos los casos larealización de revenidos entre250 y 450 ºC, y en muchoscasos los del intervalo 450 - 550 ºC. Una alternativa, es reducir la temperatura de revenido a 250ºC, y aunque se obtiene una altaresistencia, la tenacidad es muybaja. La otra alternativa sería, el revenido a temperaturas másaltas de 550 ºC, que producen tenacidades excelentes, peroacompañadas de muy bajas

resistencias. Para superar esta y otrasdeficiencias que presentan los aceros al carbono ordinarios, se han desarrollado aceros de aleación, que contienen elementos que mejoran sus propiedades. No obstante, en muchos casos, combinando adecuadamente los tratamientos térmicos y superficiales, se pueden obtener buenas prestaciones en piezas en las que se requiere alta tenacidad y dureza superficial (cigüeñales, bielas, etc.), altas resistencias a la deformación en piezas de pequeña sección (muelles), y altas resistencias al desgaste (ejes, levas, etc.). Aceros Aleados. Un acero aleado puede definirse como aquel cuyas propiedades características, se deben a algún elemento diferente del carbono. En la mayoría de los métodos y procesos industriales de obtención del hierro y sus aleaciones, unas veces sin intención y otras a propósito, se incorporan al producto final cantidades variables de otros elementos, que influyen de una manera notable, no sólo en sus propiedades tecnológicas, sino que también producen unavariación apreciable en su estructura. Los átomos aleantes pueden estar disueltos en la red atómica, y dependiendo de que se sitúen en nudos reticulares o no, darán lugar a soluciones sólidas sustitucionales o intersticiales. En ambos casos, se tiene unasolución sólida homogénea. No obstante, en un gran número de aleaciones técnicas, los elementos de aleación o al menos una parte de ellos, forman combinaciones entre sí o con el hierro y pueden dar lugar, junto con la solución sólida homogénea, a la formación de otras fases. Los principales elementos de aleación, que se adicionan para fabricar este tipo de aceros son: níquel, cromo, manganeso, molibdeno y wolframio. Otros elementos que también se suelen añadir son: Vanadio, cobalto, boro, cobre, aluminio,plomo, titanio y niobio. Los elementos de aleación que se adicionan a los aceros tienen

diversos efectos sobre la estructura y las propiedades, así:

Aluminio. Empleado en pequeñas cantidades, actúa como un desoxidante para el acero fundido y produce unAcero de Grano Fino.

Boro. Aumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero puede ser endurecido).

Cromo. Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y corrosión.

Cobre. Mejora significa-

tivamente la resistencia a la corrosión atmosférica.

Manganeso. Elemento

básico en todos los aceros comerciales. Actúa como un desoxidante y también neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple y contribuye a su resistencia y dureza.

Molibdeno. Mediante el

aumento de la penetración de temple, mejora las propiedades del tratameinto térmico. Aumenta también la dureza y resistencia a altas temperaturas.

Níquel. Mejora las

propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. Al emplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste.

Silicio. Se emplea como

desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación.

Azufre. Normalmente es

una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad (habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros de aleación y al carbono.

Titanio. Se emplea como un

desoxidante y para inhibir el crecimiento granular. Aumenta también la resistencia a altas temperaturas.

««WWoorrlldd SStteeeell DDyynnaammiiccss»» ccaalliiffiiccóó ttrreecceessiiddeerrúúrrggiiccaass ccoommoo ««CCoommppaaññííaassAAcceerreerraass ddee CCllaassee MMuunnddiiaall»»,, ddee uunnttoottaall ccoonnssiiddeerraaddoo ddee 7700 ccoommppaaññííaass..

LLaass SSiiddeerrúúrrggiiccaass IInntteeggrraaddaass,, pprroodduucceennaacceerrooss aa ppaarrttiirr ddee MMiinneerraall ddee HHiieerrrroo,,uussaannddoo uunn aallttoo hhoorrnnoo ppaarraa oobbtteenneerraarrrraabbiioo ((hhiieerrrroo ddee aallttoo ccoonntteenniiddoo ddeeccaarrbboonnoo)),, LLaass SSiiddeerrúúrrggiiccaass SSeemmii--IInntteeggrraaddaass,,,, pprroodduucceenn aacceerroo aa ppaarrttiirr ddeecchhaattaarrrraa,, ggeenneerraallmmeennttee uussaannddoo hhoorrnnoossooxxiiddoo ccoonnvveerrttiiddoorreess..



Tungsteno. Se emplea enmuchos aceros de aleación paraherramientas, impartiéndolesuna gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

Vanadio. Imparte dureza yayuda en la formación de granosde tamaño fino. Aumenta laresistencia a los impactos(resistencia a las fracturas porimpacto) y también la resistenciaa la fatiga. En resumen, los efectos de loselementos de aleación son:

Mayor resistencia y dureza.

Mayor resistencia a losimpactos.

Aumento de la resistencia aldesgaste.

Aumento de la resistencia ala corrosión.

Mejoramiento de maquina-bilidad.

Dureza al rojo (altas

temperaturas).

Aumento de la profundidad ala cual el acero puede serendurecido (penetración detemple).

Temperaturas de transfor-mación.

Formación de carburos.

Crecimiento de grano.

Resistencia al desgaste. Además, estos aceros dealeación se pueden subclasificaren:

Estructurales. Son aquellosaceros que se emplean paradiversas partes de máquinas,tales como engranajes, ejes ypalancas. Además, se utilizan enlas estructuras de edificios,construcción de chasis deautomóviles, puentes, barcos ysemejantes. El contenido de laaleación varía desde 0,25%wt aun 6%wt.

Para Herramientas. Acerosde alta calidad que se empleanen herramientas para cortar ymodelar metales y no-metales.Por lo tanto, son materialesempleados para cortar yconstruir herramientas tales

como taladros, escariadores,fresas, terrajas y machos deroscar.

Especiales. Los Aceros de

Aleación especiales son losaceros inoxidables y aquellos conun contenido de cromogeneralmente superior al12%wt. Estos aceros de grandureza y gran resistencia a lasaltas temperaturas y a lacorrosión, se emplean enturbinas de vapor, engranajes,ejes y rodamientos. Aceros Inoxidables. Los aceros inoxidables contienencromo, níquel y otros elementosde aleación, que los mantienenbrillantes y resistentes a laherrumbre y oxidación a pesarde la acción de la humedad o deácidos y gases corrosivos.Algunos aceros inoxidables sonmuy duros; otros son muyresistentes y mantienen esaresistencia durante largosperiodos a temperaturasextremas. Debido a sussuperficies brillantes, enarquitectura se emplean muchasveces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza paralas tuberías y tanques derefinerías de petróleo o plantasquímicas, para los fuselajes delos aviones o para cápsulasespaciales. También se usa parafabricar instrumentos y equiposquirúrgicos, o para fijar osustituir huesos rotos, ya queresiste a la acción de los fluidoscorporales. En cocinas y zonasde preparación de alimentos losutensilios son a menudo deacero inoxidable, ya que nooscurece los alimentos y puedenlimpiarse con facilidad.

Aceros de Baja AleaciónUltrarresistentes. Esta familiaes la más reciente de las cuatrograndes clases de acero. Losaceros de baja aleación son másbaratos que los aceros aleadosconvencionales, ya que,contienen cantidades menoresde los costosos elementos dealeación. Sin embargo, recibenun tratamiento especial que lesda una resistencia mucho mayorque la del acero al carbono. Porejemplo, los vagones demercancías fabricados conaceros de baja aleación puedentransportar cargas más grandesporque sus paredes son más delgadas que lo que seríanecesario en caso de emplearacero al carbono. Además, como

los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. FUNDICIÓN. Es una aleación de hierro – carbono, con 2,00 –6,67 %wt. de este ultimo elemento que eventualmente contiene otros ligantes fundamentales, por ejemplo cromo, níquel, silicio y cobre, que son solo aptos para colada. Las propiedades de las fundiciones vienen determinadas tanto por su composición, como por la velocidad de enfriamiento. De manera general, se puede decir, que el contenido en carbono determina las propiedades potenciales. Por otro lado, el silicio influye en la forma en que se presenta el carbono (combinando en forma de cementita o libre en forma de grafito), y en la manera de obtener dichas propiedades. Otro factor importante, es la velocidad de enfriamiento, de manera que cuando aumenta favorece la formación de carbono combinado. De alguna manera, la velocidad de enfriamiento está relacionada con el efecto del silicio, ya que, el principal efecto microestructural del silicio, como es la formación de carbono libre, se puede neutralizar, al menos parcialmente, aumentando la velocidad de enfriamiento. Las fundiciones son muy fluidas en estado líquido y solidifican con una contracción moderada durante el enfriamiento. Además, debido a su alto contenido en carbono, las temperaturas de fusión son más bajas que en el caso de los aceros. Estas características facilitan su obtención, justificando su empleo para la obtención de piezas moldeadas de formas complicadas y con cambios bruscos de sección, que resultan difíciles de obtener a partir de la forja de aceros. Señalar que el proceso de moldeo consiste en verter el material fundido en un molde y obtener la pieza en estado de acabado o semiacabado.

LLooss aacceerrooss iinnooxxiiddaabblleess ccoonnttiieenneennccrroommoo,, nnííqquueell yy oottrrooss eelleemmeennttooss ddeeaalleeaacciióónn,, qquuee llooss mmaannttiieenneenn bbrriillllaanntteess yyrreessiisstteenntteess aa llaa hheerrrruummbbrree..

GGeenneerraallmmeennttee,, llooss mmaatteerriiaalleess ppaarraaffuunnddiicciióónn nnoo ssiirrvveenn ppaarraa pprroocceessooss ddeeddeeffoorrmmaacciióónn vvoolluummééttrriiccaa,, ccoommoo ssoonn llaaffoorrjjaa,, eell ttrreeffiillaaddoo,, eennttrree oottrrooss,, ppeerroo eennmmuucchhooss ccaassooss,, llooss mmaatteerriiaalleess ffoorrjjaabblleess,,ssii ppuueeddeenn pprroocceessaarrssee ppoorr ffuunnddiicciióónn..



El metal en estado bruto defundición es poco homogéneo,debido al fenómeno desegregación, en virtud del cualresultan diferencias decomposición química entre lasdistintas regiones del material.Para homogeneizar el material sele somete a un recocido dehomogeneización a -200 ºC por encima de su punto crítico,durante bastante tiempo. Clasificación de lasFundiciones. El mejor método para clasificar las fundiciones esde acuerdo con sus estructurasmetalografía. Las variables aconsiderar, que dan lugar a losdiferentes tipos, son:

El contenido de carbono.

El contenido de elementosde aleación e impurezas.

La velocidad de enfriamientodurante o después de lasolidificación.

El tratamiento térmico. Por tanto, las podemos clasificaren:

Ordinarias Blanca. Gris. Atruchada.

Aleadas.

Especiales-

Maleables. • Blanca. • Negra o americana. • Perlítica.

Grafito esferoidal onodular.

Fundiciones ordinarias. Blanca. Presenta todo o parte delcarbono (entre un 2.5 y 3%) quecontiene en forma de carburo de hierro (Fe3C) o cementita, siendoéste el constituyente más durode los aceros, pero tiene elinconveniente de ser muy frágil.Su fractura es de color blancobrillante, de ahí su nombre. Características.

Dureza muy alta (300 a 400Brinell)

Casi imposibles de mecanizar Materia prima para la

obtención de aceros yfundiciones maleables

Piezas con fuertes desgastes. Gris. Presenta todo o parte delcarbono en forma de finas

láminas de grafito, repartidas entre la masa de hierro. Contiene entre un 3 y un 3.5 % de carbono. Se utiliza para piezas mecánicas que han de servir de soporte o de alojamiento de mecanismo (carcasa de motores, bancadas de máquinas, etc..) Características.

Dureza ( 200 y 250 unidades Brinell)

No se puede soldar ni forjar Absorbe muy bien

vibraciones Es fácil de mecanizar Posee propiedades

autolubricantes. Atruchada. Sus propiedades son intermedias entre la fundición blanca y la gris. Recibe este nombre por tener el color parecido al de las truchas. Fundiciones Aleadas. Se diceque una fundición es aleada cuando se le añaden elementos corno Ni, (: etc. En proporciones suficientes para modificar las propiedades de la fundición. Fundiciones Especiales. Se obtienen a partir de fundiciones ordinarias, mediante tratamien-tos térmicos adecuados o añadiendo algún elemento químico. Maleables. Se obtienen a partir de la fundición blanca y posteriormente se le da un tratamiento térmico. El resultado es una fundición no tan frágil como la fundición blanca y que conserva su tenacidad.

Maleable de corazón blanco: material oxidante + 950 ºC unos 10 días.

Maleable de corazón negro: material neutro+ 875 ºC unos 6 días.

Maleables de corazón perlítico: material neutro + 875ºC unos 6 días + enfriamiento rápido. Nodular. Consiste en la adición de magnesio, níquel o cerio a la fundición gris. Estos hacen que el grafito adquiera forma nodular (esferoidal) que le proporciona características similares a las de la fundición maleable pero con mayor resistencia mecánica. Puede llegar a alcanzar propiedades cercanas a las de los aceros con un costo de producción mucho menor (en

ciertos casos puede llegarse a un ahorro en costo del 60 %, consiguiéndose propiedades similares). Se usa en elementos sometidos a altas carcasas de bombas y turbinas, conducciones oleo hidráulicas, etc. FERROALEACIONES. Son productos siderúrgicos que, además del hierro, contienen uno o varios elementos químicos adicionales. Se emplean en la fabricación de aceros con propiedades especiales. Ferromanganeso, ferrocromos, ferrosilicios, ferrovanadios, ferrotungstenos. Conglomerados Férreos. Sinterizado o Metalurgia de los Polvos. Son productos formados por la unión entre sí de distintos materiales férreos, en polvo los que se comprime en un molde, a altas presiones y temperaturas un poco inferiores a la fusión, obteniéndose una masa compacta. Proceso de obtención: a) Obtención de los polvos. El

tamaño oscila entre algunas milésimas a décimas:

Molido. Atomizado. Dirigiendo

una fuerte corriente de aire a presión sobre un chorro de metal líquido. Que se recoge en un recipiente con agua.

b) Prensado. Se lleva a cabo en matrices de acero templado capaces de soportar los esfuerzos sin deformarse. Para facilitar el prensado adicionamos lubricantes sólidos.

c) Sinterizado. Sometemos la pieza a una temperatura próxima a la de fusión, en atmósfera reductora.

d) Acabado. Con el objetivo de obtener las dimensiones definitivas de la pieza. Para ello acuña, lamina o mecaniza la pieza.

APLICACIONES. Aplicaciones de los Aceros. Los aceros pueden ser clasificados en función de sus diferentes aplicaciones. Podemos establecer una designación convencional numérica de la siguiente forma, según La norma española UNE-36010: Se define mediante la letra F que sirve para identificar el acero,seguida de cuatro cifras.

LLaa FFuunnddiicciióónn NNoodduullaarr,, eess oobbtteenniiddaa bbaajjoooottrraass ccoonnddiicciioonneess ddee pprroocceessoo ttéérrmmiiccoossoobbrree llaa ffuunnddiicciióónn bbllaannccaa,, llaa ccuuaall,, llooggrraaqquuee eell ggrraaffiittoo pprreecciippiittee eenn ffoorrmmaa ddeennóódduullooss oo eessffeerraass ddeennttrroo ddee llaa mmaattrriizzddee cceemmeennttiittaa..

FFuunnddiicciióónn BBllaannccaa,, eess llaa qquuee ssee oorriiggiinnaappoorr eell eennffrriiaammiieennttoo lleennttoo ddee lloossmmaatteerriiaalleess ffeerrrroossooss ccoonn mmááss ddeell 22,,00%%wwtt ddee CC.. SSee aapprreecciiaa PPeerrlliittaa yyCCeemmeennttiittaa..

EEnn llaa FFuunnddiicciióónn GGrriiss,, eell ggrraaffiittoo eemmppiieezzaaaa pprreecciippiittaarr,, ppoorr eeffeeccttoo ddeell ttrraattaammiieennttoottéérrmmiiccoo ssoobbrree llaa ffuunnddiicciióónn ggrriiss,, eennllaammiinniillllaass qquuee eessttáánn eennccaappssuullaaddaass eennuunnaa mmaattrriizz ddee cceemmeennttiittaa..



La 1ª cifra indica grandes grupos de acero, siguiendo un criterio de utilización como se indica en la siguiente tabla:

F-1000 Aceros finos de construcción general

F-2000 Acero para usos especiales

F-3000 Aceros inoxidables de uso general

F-4000 Aceros de emergencia

F-5000 Aceros para herramientas

F-6000 F-7000

Aceros de uso general

F-8000 Aceros para moldeo

La 2ª cifra establece distintos subgrupos con características comunes: F-1000:

F-1100 Aceros al carbono (no aleados) para temple y revenido

F-1200

F-1300

Aceros aleados de calidad para temple y revenido

F-1400 Aceros especiales de gran elasticidad

F-1500

F-1600

Aceros aleados y al carbono para cementar

F-1700 Aceros para nitrurar

F-2000:

F-2100 Aceros de fácil mecanizado (fabricación)

F-2200 Aceros de fácil soldadura

F-2300 Aceros con propiedades magnéticas

F-2400 Aceros de alta y baja dilatación

F-2500 Aceros resistentes a la fluencia

F-3000: F-3100 Aceros inoxidables

F-3200 Aceros aleados para herramientas

F-3300 Aceros refractarios

F-5000:

F-5100 Aceros al carbono (no aleados) para herramientas

F-5200 F-5300 F-5400

Aceros aleados para herramientas

F-5500

F-5600

Aceros de corte rápido para herramientas

F-6000:

Aceros para barras

F-6200 Aceros no aleados de uso general en construcción

F-8000:

F-8100 Aceros moldeados, no aleados, para usos generales

F-8200 Aceros moldeados, de baja aleación, para usos generales

F-8300 Aceros moldeadoscinoxidables

Las dos ultimas cifras no tienen valor clasificativo, solamente tienen como misión diferenciar un tipo de acero de otro, aplicándose a medida que éstos van siendo definidos cronológicamente. NOMENCLATURA DE LOS ACEROS SISTEMA A.I.S.I - S.A.E. Como la microestructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición química. En el sistema A.I.S.I - S.A.E., los aceros se clasifican con cuatro dígitos YYXX. El primer número, se refieren a los elementos de aleación mas importantes, el segundo al porcentaje en decimas del elemento aleante de mayor valor, y los dos o tres últimos dígitos dan la cantidad de carbono presente en la aleación. Así, un acero AISI – SAE 1040 es un acero al carbono, con 0.4%C; un acero AISI – SAE 4340, es un acero aleado que contiene o.4%C, el 43 indica la presencia de Molibdeno y esta en un 0.3%. Las convenciones para el primer dígito son: 1. ACEROS AL CARBONO. 2. NIQUEL 3. NIQUEL – CROMO, principal aleante el cromo 4. MOLIBDENO 5. CROMO 6. CROMO – VANADIO, principal aleante el cromo 7.

8. NIQUEL – CROMO –MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno 9. NIQUEL – CROMO –MOLIBDENO, principal aleante el níquel. No hay aceros numerados 7XXX, porque estos aceros resistentes al calor prácticamente no se fabrican. Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe quees un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10xx, se trata de un acero ordinario al carbono. Aceros al Carbono. El principal producto siderúrgico es el acero, siendo aproximadamente el 90% de la producción acero al carbono y el 10%, acero aleado. Por lo tanto, el material metálico más importante para la industria es el acero al carbono. El acero al carbono es una aleación de composición química compleja. Además de hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0-99,5%-, hay en él muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros).El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Los aceros también se pueden clasificar, teniendo en cuenta sus propiedades y utilización, en tres grandes grupos: aceros de construcción, aceros de herramientas y aceros inoxidables.

Aceros de Construcción. Son los aceros que se utilizan para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas, motores, instalaciones, carriles, vehículos, etc. 1. Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación

LLaa mmeettaalluurrggiiaa hhaa ssiiddoo ddeessddee llaa EEddaaddMMeeddiiaa llaa ooccuuppaacciióónn pprreeppoonnddeerraannttee ddeellooss rriippoolllleesseess ((RRiippoollll ccoommaarrccaa ddeeEEssppaaññaa,, cceerrccaa ddee BBaarrcceelloonnaa))..PPaarraalleellaammeennttee aa llaass ddooss ggrraannddeessmmaannuuffaaccttuurraass ((aarrmmaass ddee ffuueeggooppoorrttááttiilleess yy ccllaavvooss)) ssee ttrraabbaajjaabbaannaarrtteessaannaallmmeennttee oobbrraass ddee ffoorrjjaa ccoonn uunncciieerrttoo aassppeeccttoo aarrttííssttiiccoo,, ccoommoo ssoonn,,ppiiccaappoorrtteess,, cceerrrraadduurraass,, llllaarreess,, ccuucchhiillllooss,,rreejjaass ttrraammppaass eettcc

LLaa ffoorrjjaa eess uunn pprroocceessoo ddeettrraannssffoorrmmaacciióónn ddee mmaatteerriiaalleess,, qquueeccoonnssiissttee eenn eell ccaalleennttaammiieennttoo ddeellmmaatteerriiaall,, hhaa uunnaa tteemmppeerraattuurraa mmaayyoorr aallaa tteemmppeerraattuurraa ddee rreeccrriissttaalliizzaacciióónn ddeellmmaatteerriiaall yy hhaassttaa,, mmááss oo mmeennooss,, 00..88 ddeellaa tteemmppeerraattuurraa ddee ffuussiióónn ddeell mmaatteerriiaall,,ccoonn llaa iinntteennssiióónn ddee ppooddeerr ffoorrmmaarr eellmmaatteerriiaall ppoorr ggoollppee..



2. para construcciones metálicas y para piezas de maquinaria en general. 3. Aceros de baja aleación y alto límite elástico para grandes construcciones metálicas, puentes, torres etc.

4. Aceros de fácil mecanización en tornos automáticos. Los aceros de construcción generalmente se emplean para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas y de construcción de instalaciones. En ellos son fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento Aceros ordinarios al carbono que se usan en bruto de forja o laminación. Se incluyen los aceros cuyas propiedades dependen princi-palmente del porcentaje de carbono que contienen. Se emplean en grandes cantidades para la construcción de estructuras metálicas de edificios, para elementos y piezas de maquinaria, motores, ferrocarriles, etc., y su contenido de carbono suele variar desde 0.03 a 0.70%. Además, siempre contienen pequeñas cantidades de manganeso y silicio que se emplean como elementos auxiliares en los procesos de fabricación, fósforo y azufre que son impurezas perjudiciales que provienen de las materias primas (lingotes, chatarra, combustibles y minerales). En general los aceros ordinarios contienen: Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10%, S < 0.10% De acuerdo con las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de aceros ordenados por su resistencia a la tracción. Cuando se desean resistencias de 38 a 55 Kg/mm2 se emplean aceros en bruto de forja o laminación. Para resistencias de 55 a 80 Kg/mm2 se emplean unas veces los aceros al carbono en bruto de forja y laminación, y otras veces se emplean los aceros al carbono tratados

(templados y revenidos), para resistencias superiores a 80 Kg/mm2 se suelen emplear aceros tratados. Tratamientos Térmicos de los Aceros al Carbono de Construcción. RECOCIDO. El objeto de este tratamiento es ablandar el acero, homogenizar su estructura y composición química y aumentar su ductilidad. Se presentan cuatro formas: -Recocido de regeneración: Cuando después de la forja o laminación se desea mecanizar en las mejores condiciones posibles los aceros con porcentajes de carbono variables de 0.35 a 0.60%. -Recocido de ablandamiento: En algunos casos en que interesa disminuir la dureza de los aceros al carbono. -Recocidos contra acritud: Se emplea para aceros de bajo contenido en carbono (inferior a 0.30%) que han sufrido un fuerte trabajo en frío por laminado o estirado y en los que la dureza ha aumentado por deformación de los cristales, habiéndose disminuido al mismo tiempo la ductilidad y el alargamiento hasta limites tan bajos que no se puede seguir el proceso mecánico de transformación en frío porque se rompe el acero. -Recocido globular: En algunos casos excepcionales en que se interesa que los aceros queden con estructuras globulares debe calentarse durante largo tiempo el acero a temperaturas entre 700º a 740ºC y luego enfriar lentamente. De esta forma el material tiene una extraordinaria ductilidad. -Normalizado: Este tratamiento consiste en calentar el acero a unos 50ºC por encima de la temperatura crítica Ac y enfriarlo luego al aire. Su empleo es importante cuando la estructura cristalina del acero es gruesa por haber sufrido calentamientos a temperaturas muy elevadas, o porque el trabajo de forja ha sido insuficiente para destruir la estructura en bruto de colada o la estructura cristalina no es la correcta. -Temple y revenido: Al dar a los aceros al carbono un temple y

revenido se consiguen muy buenas características cuando el perfil es delgado. En un acero al carbono bien templado o revenido, el valor del límite elástico suele llegar a ser un 75% de la carga de rotura.

Aceros de Bajo Contenido de Carbono. Estos aceros contienen menos del 0.25% C, no adquieren dureza sensible con un temple. Su resistencia media en estado normalizado varia de 35 a 53 Kg/mm2 y los alargamientos de 33 a 23%. Teniendo en cuenta sus características, se suelen agrupar en tres clases:

C. D. R

(Kg/mm2) A% C%

SD 50 25 0.20 D 45 28 0.15 ED <40 >30 <0.08 D. Denominación C. Características Aproximadas SD. Semidulces D. Dulces ED. Extra dulces R: resistencia a la tracciónA: alargamiento Con estos aceros de 0.06 a 0.25% de carbono, se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las líneas eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos de las clases y muchos objetos más que utilizamos diariamente. En la mayoría de los casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin darle ningún tratamiento térmico especial. Aceros semiduros forjados o laminados para la construcción de piezas de maquinaria en general. Los aceros ordinarios de contenido en carbono comprendido entre 0.25 y 0.70% de C que se emplean en estado bruto de forja o laminación se suelen emplear para piezas de maquinaria en general. Aceros de 0.30% de C. Ejes para vagones, ruedas, piezas de

LLooss ppeerrffiilleess ssee pprroodduucceenn ppoorr ttrreenn ddeellaammiinnaaddoo,, yy eenn ccuuaannttoo aa llooss aacceerroossggeenneerraallmmeennttee eenn ccaalliieennttee..

PPaarrttee iinntteerriioorr ppaarraa ppuueerrttaa ddee vveehhiiccuulloo,,hheecchhoo ppoorr pprroocceessoo ddee pprreennssaaddoo..



maquinaria, etc. (R=57 Kg/mm2, A=23%). Aceros de 0.40% e C. Elementos de maquinas y motores, alambres para cables, ejes para locomotoras, etc. (R=65 Kg/mm2, A=19%). Aceros de 0.50% de C. Bandejas, alambres, flejes, herramientas agrícolas forjadas etc. (R=74 Kg/mm2, A=17%). Aceros de 0.60% de C. Para fleje duro, alambre, herramientas para agricultura, etc. (R = 82 Kg/mm2, A = 15%). Influencia de elementos extraños en las características mecánicasde los aceros de bajo contenido en carbono. La presencia de fósforo y azufre, salvo en muy pocas ocasiones, es perjudicial para la calidad de los aceros, procurándose eliminar esos elementos en los procesos de fabricación. En general se recomienda que enlos aceros ordinarios el contenido de cada uno de esos elementos no pase del 0.06%, y en los aceros de calidad se suele exigir porcentajes de fósforo y azufre inferiores a 0.03%. El azufre cuando se presenta como sulfuro de hierro, provoca durante los procesos de forja o laminación del acero poca resistencia y a veces se agrieta por iniciarse la fusión de éste, que se encuentra en el acero en forma de retícula en la microestructura del acero. Por el contrario cuando aparece como sulfuro de manganeso, tiene una temperatura de fusión muy elevada, y no da paso a la fragilidad en caliente; en ambos casos el alargamiento y la resistencia del acero queda muy disminuido. El fósforo se encuentra siempre disuelto en los granos de ferrita a los que comunica gran fragilidad.

Aceros al Carbono de Cementación. Acero AISI-SAE 1010:

Acero muy tenaz, para piezas de pequeño tamaño y forma sencilla, en las cuales no sean necesarios altos valores de resistencia mecánica (bujes, pasadores, etc.).

Se usa con temple directo en agua.

En estado normalizado o como laminado sirve para piezasembutidas o estampadas en frío.

Acero AISI-SAE 1015:

Para construccionesmecánicas de baja resistencia.

Tiene los mismos usos del 1010 pero se prefiere cuando senecesita un corazón más duro y tenaz. Acero AISI-SAE 1022:

Para partes de vehículos y maquinaria que no seansometidas a grandes esfuerzosmecánicos.

Posee mejor resistencia en el núcleo que el 1015. Aceros al carbono de temple yrevenido. Acero AISI-SAE 1020:

Esta clase de acero puedeser empleado en piezas que noestén sometidas a fuertesesfuerzos mecánicos.

Considerando la escasa penetración de temple que tiene,generalmente se usa en estadonormalizado.

Puede emplearse en estado

templado y revenido para piezasde pequeño espesor.

Puede ser cementado

cuando se requieren en el núcleopropiedades mecanizas más altasde las que pueden obtenerse conel tipo 1015 en cuyo caso seaplican las mismas normas decementación que lasespecificadas para este acero. Acero AISI-SAE 1030:

Acero para temple y revenido para los más ampliosusos, tales como ejes, arboles ytodas aquellas piezas que noestén sometidas a fuertesesfuerzos mecánicos.

Como no tiene gran penetración de temple, este tipode acero es aconsejablesolamente para piezas templadasy revenidas de tamaño pequeño. Acero AISI-SAE 1040:

La templabilidad de este acero es mejor que la de los dosanteriores; se usa para piezas demaquinas de pequeño y medianoespesor y sirve para piezas que

deban ser templadas a inducción, o con soplete. Acero AISI-SAE 1045:

Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54-56 HRC.

Se emplea para herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos, picas, martillos de varios usos, porras, etc. Acero AISI-SAE 1050:

Gracias a la buena penetración de temple que tiene este acero, es apto para piezas de maquinas que deban soportar esfuerzos altos, longitudinales y transversales, pero sin impactos continuos.

Para piezas de pequeño espesor es preferible el temple en aceite; para las piezas de mayor espesor y forma sencilla, en agua. Acero AISI-SAE 1055:

Tiene más o menos los mismos usos del 1050. Sirve para fabricar pasadores que deban soportar esfuerzos muy elevados. En este caso se pueden templar las piezas por inducción.

Se usan para herramientas agrícolas que deban tener más resistencias que las fabricadas con acero 1045. Acero AISI-SAE 1060:

Como acero de construcción tiene los mismos usos que el 1055, pero para piezas que deban tener una resistencia mecánica más elevada.

Como acero de corte sirve para herramientas de trabajas plásticos, madera y materiales no ferrosos (latan, bronce, etc).

Este acero tiene una buena penetración de temple, aun en piezas de tamaño medio y con temple en aceite. Con temple de inducción y con temple al soplete se pueden obtener buenos resultados en piezas de no muy alta resistencia mecánica que sean sometidos a desgaste.

Este acero puede ser

también usado para resortes. Acero AISI-SAE 1070:

Como acero de construcción

CCoonn eell aacceerroo ttrreeffiillaaddoo ee hhiillaaddoo,, sseeffaabbrriiccaann ccaabbooss ddee ddiiffeerreenntteess ddiiáámmeettrroossppaarraa ssooppoorrttaarr ggrraannddeess tteennssiioonneess..

BBiieellaa ppaarraa mmoottoorr ffaabbrriiccaaddaa ppoorr mmeeddiiooddee pprrccooeessoo ddee ffoorrjjaaddoo..



para todo tipo de piezas querequieran alta resistencia y quesean sometidas a fuertesesfuerzos mecánicos, porejemplo: partes móviles demolinos y trituradoras y cuchillaspara moler materiales blandos.

Como acero para resortessirve para fabricar este tipo depiezas con excelente calidad ycon especialidad aquellas de tipohelicoidal.

Como acero para

herramientas para todas laspiezas que requieran dureza, tenacidad y resistencia aldesgaste. NOTA: las temperaturas derevenido son: Como acero de construcción560ºC/640ºC. Como acero de resortes420ºC/480ºC. Como acero de herramientas200ºC/350ºC. Acero AISI-SAE 1095:

Este es el acero al carbonode mayor resistencia, usado parala fabricación de resortes detodos los tipos y para todos losusos. A semejanza de los otrostipos con porcentajes de C másbajo, que puede ser tambiéntrefilado a través de tratamientostérmicos adecuados, puedeemplearse también en frío parala construcción de resortesespeciales. Acero AISI-SAE 1541(0.36-0.44% de C):

Para partes que deban tenerun límite de fluencia alto y fuerteresistencia al desgaste.Particularmente apto para forjar,por ejemplo: herramientasagrícolas y de mano.

Se usa para fabricartornillería de alta resistencia y esuno de los aceros másapropiados para la fabricación degrapas automotores.

Aceros al Carbono de AltaMaquinabilidad (Resulfurados). Esta clase de aceros se usa enaquellos casos donde se desea una maquinabilidad mejor que lade los aceros al carbón. Selogran costos más bajosaumentando la producción conmayores velocidades demaquinado y mejor vida de laherramienta, o eliminandooperaciones secundarias a travésde una mejoría en la superficie

terminada. La adición de azufre ocasiona algún sacrificio en las propiedades de soldabilidad, forja y conformación en frío. AISI-SAE 1110 - 1111 - 1112 - 1113:

Tienen excelentes caracte-rísticas de maquinabilidad y buena resistencia estirados en frío. Estos aceros se pueden cianurar o carburar. La maquinabilidad aumenta en este grupo al aumentar el azufre, el cual se combina principalmente con el manganeso del acero y precipita como inclusiones de sulfuros, las cuales favorecen la maquinabilidad al proporcionar la formación de virutas pequeñas, y al suministrar un lubricante propio evita que las virutas se agarren a la herramienta y emboten el filo. Al disminuir esta adherencia, se necesita menos potencia, se mejora la superficie y la velocidad de maquinado se puede doblar en comparación de un acero no resulfurado. AISI-SAE 1108 - 1109 - 1116 - 1117 - 1118 - y 1119:

Los aceros de este grupo se usan cuando se necesita una combinación de buena maquinabilidad y respuesta a tratamiento térmico. En variedades de bajo carbono se usan para partes pequeñas que deben cianurarse o carbonitrurarse. AISI-SAE 1117 - 1118 y 1119:

Tienen más manganeso para mejor templabilidad, permitiendo temple en aceite después de la carburación. AISI-SAE 1132 - 1137 - 1140- 1141 - 1144 - 1145 - 1146 y 1151:

Cada tipo tiene características comparables a los aceros al carbono del mismo nivel del carbón. Se usan para partes donde es necesario una gran cantidad de maquinado, o donde la presencia de roscas, estrías, u otra operación ofrece problemas especiales de herramental. AISI-SAE 1132 -1137 - 1141 - 1144:

De alto manganeso ofrecen mayor templabilidad y los tipos de alto carbono son adecuados para temple en aceite, para temple por inducción o para temple con llama.

Aceros para Herramientas.En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se emplean para la fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o por arranque de viruta. Los aceros de herramientas tienen generalmente un contenido en carbono superior a 0.30%, aunque a veces también se usan para la fabricación de ciertas herramientas, aceros de bajo contenido en carbono (0.1 a 0.30%). Principales tipos de aceros de herramientas

Aceros al carbono.

Para la fabricación de herramientas para los usos más diversos, se emplean aceros sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%.

Para herramientas que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se emplean medios contenidos en carbono 0.50 a 0.70%.

Para herramientas de corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a 1%. Para conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser templados en agua.

Aceros Rápidos. La característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1.25%.

Aceros indeformables. Reciben este nombre los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia después del temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente idénticas a las que tenían antes del tratamiento.

TToorrnnoo ppaarraalleelloo ppaarraa llaa pprroodduucciióónn ddeeppiieessaass,, pprriinncciippllaammeennttee ssiimmeettrriiccaass,, ppoorrmmeeddiioo ddee aarrrraannqquuee ddee vviirruuttaa..

PPrreessnnaa HHiiddrraauullaa ppaarraa llaa ffaabbrriiccaacciióónn ddeepprroodduuccttooss ppoorr mmeeddiioo ddee pprroocceessooss ddeeddeeffoorrmmaacciióónn vvoolluummééttrriiccaa..



Esto se consigue empleando principalmente el cromo y el manganeso como elementos de aleación. Estos aceros templan con un simple enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5% y otra C = 1% y Mn = 1%.

Aceros al corte no rápidos. Se agrupan varios aceros aleados, principalmente con cromo y wolframio, muy empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones muy forzadas. Pueden considerarse como unas calidades intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono, y la mayoría de herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con durezas comprendidas entre 60 y 66 H. Rockwell-C. Aceros Aleados. Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características funda-mentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%, Mn=0.90%, P=0.100% y S=0.100% Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, Selenio, aluminio, boro y Niobio. La influencia que ejercen esos elementos es muy variada, y, empleados en proporciones convenientes, se obtienen aceros

con ciertas características que,en cambio, no se puedenalcanzar con los acerosordinarios al carbono. Utilizando aceros aleados esposible fabricar piezas de granespesor, con resistencias muyelevadas en el interior de lasmismas. En elementos demáquinas y motores se llegan aalcanzar grandes durezas congran tenacidad. Es posible fabricar mecanismosque mantengan elevadasresistencias, aún a altastemperaturas. Hay aceros inoxidables quesirven para fabricar elementosdecorativos, piezas de maquinasy herramientas, que resistenperfectamente a la acción de losagentes corrosivos. Es posiblepreparar troqueles de formasmuy complicadas que no sedeformen ni agrieten en eltemple, etc. La tendencia que tienen ciertoselementos a disolverse en laferrita o formar solucionessólidas con el hierro alfa, y latendencia que en cambio tienenotros a formar carburos. La influencia de los elementos dealeación en los diagramas deequilibrio de los aceros(Elevación o descenso de lastemperaturas críticas de losdiagramas de equilibrio) y lastemperaturas Ac y Arcorrespondientes a calenta-mientos y enfriamientosrelativamente lentos, modifi-caciones en el contenido decarbono del acero eutectoide. Tendencia a ensanchar odisminuir los campos austeníticoso ferríticos correspondientes alos diagramas de equilibrio, yotras influencias tambiénrelacionadas con el diagramahierro-carbono, como latendencia a grafitizar el carbono,a modificar el tamaño del grano,etc. La influencia de los elementosaleados sobre la templabilidad.La influencia que tienen enretardar el ablandamiento que seproduce en el revenido. Existen otras influenciasdiversas, como mejoras en laresistencia a la corrosión,resistencia al calor, resistencia ala abrasión, etc., las cuales se

deben directa o indirectamente a alguna de las variaciones o fenómenos citados anterior-mente. Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización.

Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:

Aceros de gran resistencia.

Aceros de cementación.

Aceros de muelles.

Aceros indeformables.

Aceros de construcción:

Aceros de gran resistencia.

Aceros de cementación.

Aceros para muelles.

Aceros de nitruración.

Aceros resistentes al desgaste.

Aceros para imanes.

Aceros para chapa

magnética.

Aceros inoxidables y resistentes al calor.

Aceros de herramientas:

Aceros rápidos.

Aceros de corte no rápidos.

Aceros indeformables.

Aceros resistentes al

desgaste.

Aceros para trabajos de choque.

Aceros inoxidables y

resistentes al calor.

En esta lista, se señalan los aceros aleados de uso más corriente clasificados en tres grupos. Se señalan los dos grupos clásicos de aceros de construcción y de herramientas, y además otro grupo en el que se destaca la importancia de la templabilidad y en el que se incluyen los aceros de gran

HHaayy iinnffiinniiddaadd ddee aapplliiccaacciioonneess ddee lloossaacceerrooss,, ggrraacciiaass aa llooss mmiilleess ddeeppoossiibbiilliiddaaddeess ddee ccoommbbiiaanncciióónn ddeepprrooppiieeddaaddeess,, ggrraacciiaass aa llooss eelleemmeennttoossaalleeaanntteess..

SSoonn vvaarriiooss llooss pprroocceessooss ppoorr llooss ccuuaalleessssee ppuueeddeenn oopptteenneerr iinnffiinniiddaadd ddee ppiieezzaass..



resistencia, muelles, cemen-tación, etc., que aun pertene-ciendo a los otros dos grupos,interesa destacar por separadopor la gran importancia que enellos tiene la templabilidad.

Aceros Aleados paraCementación. AISI-SAE 15Cr3:

Para partes de construcción de tamaño pequeño.

Puede subsistir los aceros alCr, Ni, Mo, cuando no serequieren grandes características de tenacidad en el núcleo.

Es aconsejable seguir un

recocido de estabilización a las piezas, antes de realizar lacementación, con el fin deprevenir deformaciones duranteel temple.

Se recomienda el doble

temple. AISI-SAE 16MnCr5:

Para partes de altaresistencia al desgaste yexpuestas a esfuerzos elevado.Por ejemplo: ruedas dentadas,ruedas para cadenas, etc.

El doble temple esaconsejable. AISI-SAE 3415:

Para partes de maquinas queexijan una superficie muy dura yun núcleo de alta tenacidad,como por ejemplo ruedasdentadas en engranajes de altorendimiento, eje de levas, etc.

En este tipo de acero seaconseja el recocido deestabilización antes de lacementación. El doble temple es aconsejable para piezascomplicadas y para los casos enque la profundidad decementación sea mayor de 1mm.

Las piezas sencillas pueden

templarse directamente desde elhorno de cementación. AISI-SAE 4320:

Este tipo de acero se empleapara piezas cementadas de medio y gran espesor.

Combina una gran durezasuperficial a un corazón muytenaz y durante el temple se deforma muy poco.

Es aconsejable dar un

recocido de estabilización antes

de ejecutar la cementación.

También es aconsejable el doble temple. AISI-SAE 8620:

Ofrece muy buena dureza superficial y buenas propiedades del corazón.

Tiene aceptable profundidad de temple, ausencia de zonas no duras en la parte cementada y baja distorsión.

Usos: Ejes ranurados,

pasadores de pistón, bujes, piñones para cajas y transmisión de automotores, etc.

Es aconsejable un recocido

de estabilización antes de efectuar la cementación.

Se aconseja el segundo

temple de dureza desde 810/840ºC. AISI-SAE 4130:

Es un acero con buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad hasta temperaturas de más o menos 400ºC.

Tiene una elevada resistencia al deslizamiento en caliente y no presenta fragilidad de revenido.

Para piezas que necesitan

una dureza superior se debe usar 4140 o 4150. AISI-SAE 4140:

Es un acero de buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad en caliente hasta 400ºC.

Sin fragilidad de revenido, muy versátil y apto para esfuerzos de fatiga y torsión.

Piezas templadas a inducción

pueden dar una dureza de 57-69 Rockwell C.

Tiene amplia aplicación en

construcción de vehículos por ejemplo para cigüeñales, brazos de ejes, bielas, pernos, ejes de contramarcha, ejes de bombas y engranajes.

Muy utilizado en piezas

forjadas como herramientas, llaves de mano, destornilladores, etc.

Se usa también para

espárragos y tornillos den la construcción de plantas que trabajen a temperatura entre 150ºC y 300ºC, como calderas, turbinas de vapor, plantas químicas, etc. AISI-SAE 4150:

Sirve para los mismos usos del 4140 cuando se requieren durezas superiores.

Piezas templadas a inducción de 4150 pueden dar una dureza superficial de 60-62 HRC. AISI-SAE 4340:

Tiene los mismos usos del 9840 y es usado cuando se requiere una dureza superior y mejor resistencia al impacto.

Piezas templadas a inducción de 4340 pueden dar una dureza superficial de 60-62 Rockwell C.

Sirve para tornillos

prisioneros de bloques motores, ejes traseros de transmisión, mandriles porta-herramientas, ejes y excéntricas para cizallas, ejes de transmisión de grandes dimensiones, etc. AISI-SAE 5135:

Para piezas de buena tenacidad y que no requieran una profundidad de temple muy alta.

Se usa en partes para vehículos, tractores, pasadores, tornillos y tuercas de alta resistencia. AISI-SAE 5160:

Este acero esta especialmente indicado para la construcción de resortes para automóviles y camiones, sea en ballestas, sea para resortes helicoidales y también para barras de torsión. AISI-SAE 6150:

Se usa este acero para la construcción de resortes de muy alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles. AISI-SAE 9260:

Este es el tipo de acero más usado y más económico entre los aceros aleados para la construcción de resortes, particularmente para automóviles y camiones.

Se templa muy fácilmente y tiene buena penetración de temple.

TTuubboo eenn AAcceerroo ccoorrrruuggaaddoo..

DDaaddoo ppaarraa llaa eexxttrruussiióónn ddee pplláássttiiccoosshheecchhoo eenn AAcceerroo..



Puede también usarse para la construcción de herramientas para maquinas agrícolas y otros implementos de la misma índole. AISI-SAE 9840:

Este acero tiene una buena penetración de temple y buena tenacidad.

Se puede usar en construcción de piezas de tamaño medio que estén sometidas a esfuerzos de torsión.

Por su contenido en Mo no

esta expuesto a la fragilidad de revenido. APLICACIONES DE LA FUNDICIÓN. A continuación describiremos las aplicaciones de las fundiciones, nos centraremos solamente en aquellas más utilizadas. Fundiciones Blancas. Se caracterizan por un bajo contenido en Si y por una elevada velocidad de enfriamiento. Presentan una dureza notable y una importante resistencia al desgaste. Gracias a estas características son utilizadas normalmente para fabricar, mazos de trituradores, cilindros de laminadores. Su función más importante consiste en establecer el punto de partida en la obtención de la

fundición maleable. Fundiciones Grises. Las fundiciones grises presentan unadiscontinuidad estructuralcaracterística. Debido a elloposee unos valores deresistencia a la tracción y alalargamiento muy bajos, uncomportamiento bastanteinelástico y una baja sensibilidadal corte. Como ya sabemos laspropiedades y las estructuras deuna fundición, dependenprincipalmente de la velocidadde enfriamiento de la pieza y en consecuencia de susdimensiones. Las aplicaciones máscaracterísticas de las fundicionesgrises son en la fabricación deelementos robustos, dada sufacilidad de colada, pero sin queello suponga estar sometido agrandes esfuerzos. Hemos de tener en cuenta que las aleaciones de este tipo, nopueden ser tratadastérmicamente. Fundiciones Aleadas. Las fundiciones aleadas poseerándiferentes aplicaciones enfunción de la impureza quecontengan. Las aleaciones al Si, son muyfrágiles y no mecanizables, por lo

que se utilizan en instalaciones de la industria química. Las aleaciones al Cr, presentan una buena resistencia al calor y a la corrosión, por lo que se emplean en la construcción de rejillas de hornos. Las fundiciones al Cu, aumentan la resistencia a la corrosión y la maleabilidad. Se utiliza en elementos de máquinas herramienta tal como engranajes, volantes, cigüeñales. Las fundiciones al Ni, son las más resistentes al la corrosión y a la oxidación. Fundiciones Maleables. Las fundiciones maleables se consideran productos inter-medios entre las fundiciones grises y los aceros. Pueden tratarse térmicamente y son adecuadas para piezas robustas. Su aplicación más importante es en la industria automovilística y de producción de máquinas agrícolas, para obtener ejes, soportes, horquillas...También es muy empleado para empalmes roscados de tubos. Sin embargo, su limitación más importante es de carácter dimensional, ya que no es posible la construcción de piezas muy gruesas y de estructura adecuada de forma simultánea.

PPrroocceessoo ddee ccoorrttee ddee llaammiinnaass mmeettáálliiccaass,,ppuueeddee sseerr ppoorr ooxxiiccoorrttee,, llaasseerr oo ppllaassmmaa..

CCuubbiieerrttaa ddeell PPaallaacciioo ddee llooss DDeeppoorrtteess ddeeMMééxxiiccoo DD.. FF.. ccoonnssttrruuiiddaa eenn 11996688 ccoonn ccoobbrree eexxppuueessttoo aa llaa iinntteemmppeerriiee..

Materiales No Ferrosos Los metales no ferrosos se pueden clasificar en tres grandes grupos:

Metales No Ferrosos Pesados.

Metales No Ferrosos Ligeros.

Metales No Ferrosos

Ultraligeros. METALES NO FERROSOS PESADOS. Pertenecen a este grupo los metales como el cobre, estaño, plomo, níquel, cinc, wolframio, cromo y cobalto,cuyas densidades son mayores de 5 g/cm3. 1. COBRE. Es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos. Por ello fue

uno de los primeros en serutilizado por el ser humano. Losotros metales nativos son el oro,el platino, la plata y el hierroproveniente de meteoritos. PROPIEDADES Y CARACTERÍS-TICAS DEL COBRE. Propiedades Físicas. El cobre posee varias propiedades físicasque propician su uso industrialen múltiples aplicaciones, siendoel tercer metal, después delhierro y del aluminio, másconsumido en el mundo. Es decolor rojizo y de brillo metálico y,después de la plata, es el elemento con mayorconductividad eléctrica y térmica.Es un material abundante en lanaturaleza; tiene un precioasequible y se recicla de formaindefinida; forma aleaciones paramejorar las prestacionesmecánicas y es resistente a la

corrosión y oxidación. La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913, como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Interna-cional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 ºC es igual a 58,1086 S/m. A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.



Propiedades mecánicas. Tanto el cobre como sus aleacionestienen una buenamaquinabilidad, es decir, sonfáciles de mecanizar. El cobreposee muy buena ductilidad ymaleabilidad lo que permiteproducir láminas e hilos muydelgados y finos. Es un metalblando, con un índice de dureza3 en la escala de Mohs (50 en laescala de Vickers) y suresistencia a la tracción es de210 MPa, con un límite elásticode 33,3 MPa.1 Admite procesosde fabricación de deformacióncomo laminación o forja, yprocesos de soldadura y susaleaciones adquieren propie-dades diferentes con trata-mientos térmicos como temple yrecocido. En general, suspropiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permiteutilizarlo en aplicacionescriogénicas.

Características químicas. En la mayoría de sus compuestos, elcobre presenta estados deoxidación bajos, siendo el máscomún el +2, aunque tambiénhay algunos con estado deoxidación +1.

Expuesto al aire, el color rojosalmón inicial se torna rojovioleta por la formación de óxidocuproso (Cu2O), para ennegrecerse posteriormente porla formación de óxido cúprico(CuO). La coloración azul delCu+2 se debe a la formación delión [Cu (OH2)6]+2. Expuesto largo tiempo al airehúmedo, forma una capaadherente e impermeable decarbonato básico (carbonato cúprico) de color verde yvenenoso. También puedenformarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa deacetatos de cobre de color verdoso o azulado que se formacuando los óxidos de cobrereaccionan con ácido acético,que es el responsable del sabordel vinagre y se produce enprocesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobrepara la cocción de alimentos,deben tomarse precaucionespara evitar intoxicaciones porcardenillo que, a pesar de su malsabor, puede ser enmascaradocon salsas y condimentos y seringerido. Los halógenos atacan con

facilidad al cobre, especialmenteen presencia de humedad. Enseco, el cloro y el bromo noproducen efecto y el flúor sólo leataca a temperaturas superioresa 500 °C. El cloruro cuproso y elcloruro cúprico, combinados conel oxígeno y en presencia dehumedad producen ácidoclorhídrico, ocasionando unasmanchas de atacamita oparatacamita, de color verdepálido a azul verdoso, suaves ypolvorientas que no se fijansobre la superficie y producenmás cloruros de cobre, iniciandode nuevo el ciclo de la erosión.

Los ácidos oxácidos atacan alcobre, por lo cual se utilizanestos ácidos como decapantes(ácido sulfúrico) y abrillantadores(ácido nítrico). El ácido sulfúricoreacciona con el cobre formandoun sulfuro, CuS (covelina) o Cu2S(calcocita) de color negro yagua. También pueden formarsesales de sulfato de cobre(antlerita) con colores de verde aazul verdoso. Estas sales sonmuy comunes en los ánodos delos acumuladores de plomo quese emplean en los automóviles. El ácido cítrico disuelve el óxidode cobre, por lo que se aplicapara limpiar superficies de cobre,lustrando el metal y formandocitrato de cobre. Si después delimpiar el cobre con ácido cítrico,se vuelve a utilizar el mismopaño para limpiar superficies deplomo, el plomo se bañará deuna capa externa de citrato decobre y citrato de plomo con uncolor rojizo y negro. Aleaciones y Tipos de Cobre.Desde el punto de vista físico, elcobre puro posee muy bajolímite elástico (33 MPa) y unadureza escasa (3 en la escala deMohs ó 50 en la escala deVickers). En cambio, unido enaleación con otros elementosadquiere característicasmecánicas muy superiores,aunque disminuye suconductividad. Existe una ampliavariedad de aleaciones de cobre,de cuyas composicionesdependen las característicastécnicas que se obtienen, por loque se utilizan en multitud deobjetos con aplicaciones técnicasmuy diversas. El cobre se aleaprincipalmente con los siguienteselementos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si,Cd, Cr y otros en menor cuantía. Según los fines a los que sedestinan en la industria, seclasifican en aleaciones paraforja y en aleaciones para

moldeo. Para identificarlas tienen las siguientes nomenclaturas generales según la norma ISO1190-1:1982 o su equivalente UNE 37102:1984. Ambas normas utilizan el sistema UNS (del inglés Unified Numbering System). LATÓN (Cu-Zn). También conocido como cuzin, es una aleación de cobre, cinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm3 y 8,7 g/cm3. Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de latones se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión. El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir. Es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es maleable, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía la temperatura y con la presencia, incluso en cantidades mínimas, de otros metales en su composición. Un pequeño aporte de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte.

TTeecchhuummbbrree ddee ccoobbrree ccoonn ppááttiinnaa ddeeccaarrddeenniilllloo eenn eell aayyuunnttaammiieennttoo ddeeMMiinnnneeaappoolliiss ((MMiinnnneessoottaa))..

JJaarrrróónn eeggiippcciioo ddee llaattóónn,, MMuusseeoo ddeellLLoouuvvrree,, PPaarrííss..



El latón admite pocos tratamientos térmicos y únicamente se realizan recocidos de homogenización y recristalización. El latón tiene un color amarillo brillante, con parecido al oro, característica que es aprovechada en joyería, especialmente en bisutería, y en el galvanizado de elementos decorativos. Las aplicaciones de los latones abarcan otros campos muy diversos, como armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensadores y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos. El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables, cepillos de limpieza de metales y en pararrayos. BRONCE (Cu-Sn). Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras. La tecnología metalúrgica de la fabricación de bronce es uno de los hitos más importantes de la historia de la humanidad pues dio origen a la llamada Edad de Bronce. El bronce fue la primera aleación fabricada voluntaria-mente por el ser humano: se realizaba mezclando el mineral de cobre (calcopirita, malaquita, etc.) y el de estaño (casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El anhídrido carbónico resultante de la combustión del carbón, reducía los minerales de cobre y estaño a metales. El cobre y el estaño que se fundían, se aleaban entre un 5 y un 10% en peso de estaño.

El bronce se empleaespecialmente en aleacionesconductoras del calor, enbaterías eléctricas y en lafabricación de válvulas, tuberíasy uniones de fontanería. Algunasaleaciones de bronce se usan enuniones deslizantes, comocojinetes y descansos, discos defricción; y otras aplicacionesdonde se requiere alta resistencia a la corrosión comorodetes de turbinas o válvulas debombas, entre otros elementosde máquinas. En algunasaplicaciones eléctricas esutilizado en resortes. ALPACA (Cu-Ni-Zn). Las alpacas o platas alemanas sonaleaciones de cobre, níquel (Ni) y cinc (Zn). en una proporciónde 50-70% de cobre, 13-25% de níquel, y del 13-25% de cinc.Sus propiedades varían de formacontinua en función de laproporción de estos elementosen su composición, pasando demáximos de dureza a mínimosde conductividad Estasaleaciones tienen la propiedadde rechazar los organismosmarinos (antifouling). Si a estasaleaciones de cobre-níquel-cinc, se les añaden pequeñascantidades de aluminio o hierro,constituyen aleaciones que secaracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en laconstrucción naval, principal-mente en los condensadores ytuberías, así como en lafabricación de monedas y deresistencias eléctricas. Las aleaciones de alpaca tienenuna buena resistencia a lacorrosión y buenas cualidadesmecánicas. Su aplicación seabarca materiales detelecomunicaciones, instru-mentos y accesorios defontanería y electricidad, comogrifos, abrazaderas, muelles,conectores. También se empleaen la construcción y ferretería,para elementos decorativos y en las industrias químicas yalimentarias, además demateriales de vajillas yorfebrería. El monel es una aleación que seobtiene directamente de losminerales canadienses, y tieneuna composición de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene una granresistencia a los agentescorrosivos y a las altastemperaturas.

El platinoide es un metal blanco compuesto de 60% de cobre,14% de níquel, 24% de cinc y de 1-2% de tungsteno. OTRAS ALEACIONES. Otras aleaciones de cobre con aplicaciones técnicas son las siguientes:

Cobre-Cadmio (Cu-Cd).

Son aleaciones de cobre con un pequeño porcentaje de cadmio y tienen con mayor resistencia que el cobre puro. Se utilizan en líneas eléctricas aéreas sometidas a fuertes solicitaciones mecánicas como catenarias y cables de contacto para tranvías.

Cobre-Cromo (Cu-Cr) y Cobre-Cromo-Circonio (Cu-Cr-Zr). Tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Se utilizan en electrodos de soldadura por resistencia, barras de colectores, contactores de potencia, equipos siderúrgicos y resortes conductores.

Cobre – Hierro – Fósforo (Cu-Fe-P). Para la fabricación de elementos que requieran una buena conductividad eléctrica y buenas propiedades térmicas y mecánicas se añaden al cobre partículas de hierro y fósforo. Estas aleaciones se utilizan en circuitos integrados porque tienen una buena conductividad eléctrica, buenas propiedades mecánicas y tienen una alta resistencia a la temperatura.

Cobre-Aluminio (Cu-Al).También conocidas como bronces al aluminio y duraluminio, contienen al menos un 10% de aluminio. Estas aleaciones son muy parecidas al oro y muy apreciadas para trabajos artísticos. Tienen buenas propiedades mecánicas y una elevada resistencia a la corrosión. Se utilizan también para los trenes de aterrizaje de los aviones, en ciertas construcciones mecánicas. Cobre-Berilio (Cu-Be). Es una aleación constituida esencial-mente por cobre. Esta aleación tiene importantes propiedades mecánicas y gran resistencia a la corrosión. Se utiliza para fabricar muelles, moldes para plásticos, electrodos para soldar por resistencia y herramientas antideflagrantes. Cobre-Plata (Cu-Ag). O cobre

EEssttaattuuaa ddee bbrroonnccee.. DDaavviidd ddeessnnuuddoo..

HHuueevveerraass ddee aallppaaccaa..

..



cobre a la plata: es una aleacióndébil por su alto contenido decobre, que se caracteriza poruna alta dureza que le permitesoportar temperaturas de hasta226 ºC, manteniendo laconductividad eléctrica del cobre.

Constantán (Cu55Ni45). Es

una aleación formada por un55% de cobre y un 45% de níquel. Se caracteriza por tenerun una resistividad eléctrica casi constante de 4,9x10-7 Ω m en un amplio rango de temperaturas,con un coeficiente detemperatura de 10-5 K-1. Se emplea en la fabricación determopares, galgasextensiométricas y monedas.

Manganina (Cu86Mn12Ni2)Es otra aleación con un muy bajocoeficiente de temperatura y seutiliza en galgas extensio-métricas y resistores de altaestabilidad. Además, su potencialtermoeléctrico de contacto con elcobre por efecto Seebeck es muypequeño (+0,6 mV/100 K). Su resistividad eléctrica es de unos4,9x10-7 Ω m y su coeficiente detemperatura es de 10-8 K-1.

Algunas aleaciones de cobretienen pequeños porcentajes deazufre y de plomo que mejoran la maquinabilidad de la aleación. Tanto el plomo como el azufretienen muy baja solubilidad en el cobre, separándose respectiva-mente como plomo (Pb) y como sulfuro cuproso (Cu2S) en los bordes de grano y facilitando la rotura de las virutas en losprocesos de mecanizado,mejorando la maquinabilidad dela aleación. 2. ESTAÑO. Aunque es conocido desde la Antigüedad,durante mucho tiempo se leconsideró como una variante delplomo. Se extrae básicamente de unmineral denominado casiterita,que contiene óxido de estaño.Sin embargo, su riqueza enestaño es tan baja que amenudo es necesario tratarhasta una tonelada de mineralpara conseguir 200 g de metal puro. Características. El estaño es un metal de color blanco brillante, muy blando, es de estructura cristalina, poco dúctil pero muymaleable. Su estructura cristalinase pone de manifiesto al doblaruna barra de estaño: se escuchaun ruido característico,

denominado grito del estaño, producido por el rozamiento de los cristales entre sí. Puede ser laminado en finas planchas, que forman el papel de estaño. Es muy estable y resistente a los agentes atmosféricos a temperatura ambiente, aunque puede ser atacado con ácidos y productos alcalinos. Aplicaciones. El papel de estaño fue utilizado antes de la Segunda Guerra Mundial como embalaje de alimentos. En la actualidad,ha sido sustituido con ventaja por el papel de aluminio, por su menor coste económico. Por su resistencia a la oxidación, casi la mitad de la producción mundial de estaño se emplea como recubrimiento electrolítico de otros metales, por ejemplo, el acero. De este modo se obtiene la hojalata. Aleaciones del Estaño. Las aleaciones con base de estaño, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecánicas, dependiendo de su composición. Algunas aleaciones de estaño, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adherencia. Las aleaciones estaño y plomo se comercializan en varias composiciones y puntos de fusión, siendo la aleación eutéctica aquella que tiene un 61,9% de estaño y un 38,1% de plomo, con un punto de fusión de 183 °C. El resto de aleaciones estaño-plomo funden en un rango de temperaturas en el cual hay un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida durante los procesos de fusión y de solidificación, dando lugar a la segregación de la fase sólida durante la solidificación y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes. La aleación eutéctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase líquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrónicos para disminuir las probabilidades de daño por sobrecalentamiento de dichos componentes. Algunas aleaciones basadas en estaño y plomo tienen además pequeñas

proporciones de antimonio (del orden del 2,5%). El principal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que están en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de estaño-plata-cobre o algunas aleaciones estaño-cobre. El peltre es una aleación de estaño, cobre y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estaño también es utilizado en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio. Como ya se ha indicado, el estaño, constituye un elemento imprescindible en multitud de aleaciones:

Los diversos tipos de bronces, en los que participa en proporciones inferiores al 25 %.

El denominado metal blanco (aleación de cobre, estaño y plomo), empleado en la fabricación de cojinetes.

Las aleaciones fusibles,

utilizadas para construir componentes eléctricos de control, y la soldadura blanda, formada a base de estaño yplomo.

3. PLOMO. Como ocurría con el cobre, el plomo es uno de los metales conocidos y empleados por el ser humano desde hace más de 4 000 años. Existen vestigios de su utilización en las civilizaciones de Oriente Medio, aunque parece ser que fueron los griegos quienes consiguieron aislar plomo metálico por primera vez hacia el 550 a. C. Sin embargo, hubo que esperar al siglo XIX para que este metal comenzara a utilizarse a escala industrial. La principal mena de plomo es la galena, compuesta básicamente por sulfuro de plomo, al que acompañan otros metales, como el cobre, la plata o el oro. Es un mineral de color gris metálico, blando, pesado y muy frágil, ya que se rompe fácilmente en cubitos. Características. El plomo es un metal de color gris plateado, muy blando, de densidad elevada, baja conductividad eléctrica y térmica, flexible y maleable.

LLiibbrroo mmáággiiccoo eessccrriittoo eenn pplloommoo ((ss..IIVV--VVdd..CC..))

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Puede ser laminado en frío, perono estirado en hilos, ya que esmuy poco dúctil y resiste mal latracción. Presenta afinidad por el oxígeno,lo que hace que su superficie decorte, inicialmente brillante, seoxide en contacto con el aire ypierda el brillo. Como en otroscasos, la capa de óxido impideque el proceso se propague alinterior de la masa metálica. Es particularmente resistente a lacorrosión provocada por losácidos fuertes, como elclorhídrico, el sulfúrico o elnítrico. Por el contrario, es atacado porla mayoría de los ácidosorgánicos débiles, como el ácidoacético. En estado puro, se trata de unmaterial extraordinariamenteblando. Puede rayarse con la uñay absorbe muy bien lasvibraciones, Por este motivo, nosuena cuando se le golpea. Aplicaciones del plomo. Suelevada densidad lo hace opacoa las radiaciones electromag-néticas, por lo que se utilizacomo escudo protector eninstalaciones médicas deradiología y en centralesnucleares. Tradicionalmente se haempleado para fabricar tuberías,pero, en la actualidad, ha sidoreemplazado con ventaja porotros materiales. Por su particular comportamientofrente a los ácidos, se utilizapara fabricar recipientes quehayan de contenerlos, como lasbaterías y los acumuladoreseléctricos. En cambio, nuncadebe emplearse como envase deproductos alimenticios. Se usa como aditivo en laindustria del vidrio, al queconfiere mayor peso y dureza.Esta característica le haceespecialmente útil en la industriade producción de lentes. Las aleaciones de estaño yplomo se utilizan como materialde aportación en la denominadasoldadura blanda. Si se le añadealgo de antimonio, se le confieremayor dureza. El plomo constituye un peligrosoveneno mineral, ya que, elorganismo humano es incapaz

de eliminarlo. La intoxicación porplomo y sus derivados, se denomina saturnismo y produceintensos dolores intestinales,cefaleas, alucinaciones ehipertensión arterial. Esta enfermedad puedecontraerse de diversos modos:por vía respiratoria, si se inhalanvapores procedentes de losprocesos industriales o de lacombustión de sustancias quecontienen plomo; por víadigestiva, al ingerir sustancias que contienen sales de plomodisueltas; o por vía cutánea, siuna herida entra en contacto consustancias que contienen plomo.Actualmente, el saturnismo estáprácticamente erradicado,gracias a las medidas deseguridad e higiene que se hanido implantando progresi-vamente. Buena muestra de ello,es el proceso actual desustitución de las gasolinastradicionales por gasolinas sinplomo o la prohibición absolutade utilizar envases de plomo enproductos alimenticios. 4. NÍQUEL. El uso del níquelse remonta aproximadamente al siglo IV a. C., generalmentejunto con el cobre, ya queaparece con frecuencia en losminerales de este metal. Broncesoriginarios de la actual Siriatienen contenidos de níquelsuperiores al 2%. Manuscritoschinos sugieren que el «cobre blanco» se utilizaba en Orientehacia 1700 al 1400 a. C.; sin embargo, la facilidad deconfundir las menas de níquelcon las de plata induce a pensarque en realidad el uso del níquelfue posterior, hacia el sigloIV a. C. Los minerales que contienen níquel, como la niquelina, se hanempleado para colorear el vidrio.En 1751 Axel Frederik Cronstedt,intentando extraer cobre de laniquelina, obtuvo un metalblanco que llamó níquel, ya quelos mineros de Hartz atribuían al«viejo Nick» (el diablo) el que algunos minerales de cobre nose pudieran trabajar; y el metalresponsable de ello resultó ser eldescubierto por Cronstedt en laniquelina, o Kupfernickel, diablo del cobre, como se llama aún almineral en idioma alemán. Según un diccionario etimológico italiano, níquel proviene delsueco nickel, que viene delalemán Kupfernickel, propia-mente “falso cobre”, compuesto

de Kupfer (cobre) y Nickel(sobrenombre de Nikolaus), nombre dado por los mineros a los minerales inútiles, usado en broma para indicar un mineral que del cobre tiene sólo el color.La primera moneda de níquel puro se acuñó en 1881. Los principales minerales de los que se obtiene el níquel son la niquelita, que es una mezcla de sulfuros de hierro, níquel y cobre, y la ganierita, un silicato hidratado de níquel y magnesio. Su riqueza en metal nunca sobrepasa el 6 %. Características. El níquel es un metal de color blanco brillante, medianamente duro, tenaz, dúctil y maleable. Junto con el hierro y el cobalto, forma el grupo de materialesferromagnéticos. Es muy resistente a la corrosión, tanto de los agentes atmosféricos, como de los ácidos y las sustancias alcalinas. Aplicaciones del níquel. Debido a su gran resistencia a la corrosión, se emplea en la industria alimentarla y en la química para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce. Este método se denomina niquelado. Rara vez, se utiliza en estado puro. Es más frecuente encontrarlo formando aleaciones con el cobre, el hierro, el cromo, el wolframio y el manganeso, a las que confiere un carácter Inoxidable. Las aleaciones que contienen níquel se clasifican según el porcentaje de este metal. Entre las de alto porcentaje en níquel, en las que éste llega a alcanzar hasta el 80 %, destacan la aleación con hierro, al que confiere gran resistencia a la corrosión y mejora sus propiedades magnéticas; elnicrom, utilizado para fabricar resistencias eléctricas por su alta resistividad; y el invar empleado en relojería por su coeficiente de dilatación prácticamente nulo. En las de bajo contenido en níquel, su porcentaje de presencia no supera el 15 %. Suele alearse con hierro y acero por las características mecánicas de éstos y por facilitar los tratamientos de templado.

MMoonneeddaa ddee uunn eeuurroo.. DDiissccoo iinntteerriioorr ddeeccuupprroonnííqquueell yy eexxtteerriioorr ddee nnííqquueell--llaattóónn..

EEll nniiqquueellaaddoo eess uunn pprroocceessoo ddeerreeccuubbrriimmiieennttoo eelleeccttrroollííttiiccoo,, ppoorr eell ccuuaallssee ddeeppoossiittaa uunnaa ccaappaa ddee nnííqquueell ssoobbrreeoottrrooss mmeettaalleess..



En las de bajo contenido enníquel, su porcentaje depresencia no supera el 15 %.Suele alearse con hierro y aceropor las características mecánicasde éstos y por facilitar lostratamientos de templado. Los materiales que se obtienenresultan muy resistentes a laacción de los agentesatmosféricos y de los agresivosquímicos, por lo que suelenemplearse para fabricarutensilios de cocina, materialquirúrgico y de laboratorio, yacumuladores de energíaeléctrica. 5. CINC. Parece ser que losprimeros en obtener este metalen estado puro, fueron los persas, hacia el siglo VI d. C., lapalabra cinc fue utilizada porprimera vez por Paracelso amediados del siglo XVI paradesignar un material que veníade Oriente. Sin embargo, hasta 1758 no se desarrolló un proceso industrial de obtención de cinc, a partir de los minerales en los quese encuentra. Su mena principal es la blonda,que es una mezcla de sulfurosde cinc y plomo, con unporcentaje de riqueza superior al50 %. Otros minerales de cincson la calamina smitinsonita, quees carbonato de cinc, y lacalamina willemita, que essilicato hidratado de cinc. Enellos, la proporción de cinc, no supera el 50 %. Forma parte de algunasaleaciones importantes, como loslatones, los bronces y la alpaca(aleación de cobre, níquel, cinc yestaño). Su mena principal es la blonda,que es una mezcla de sulfurosde cinc y plomo, con unporcentaje de riqueza superior al50 %. Otros minerales de cincson la calamina smitinsonita, que es carbonato de cinc, y lacalamina willemita, que essilicato hidratado de cinc. Enellos, la proporción de cine nosupera el 50 %. Características. El cinc es un metal de color gris azulado,brillante, frágil en frío yrelativamente blando. Es inalterable al aire seco, peroel aire húmedo lo oxida y haceque pierda su brillo. La capa deóxido que lo empaña lo protegede una oxidación más profunda.

No resiste la acción de losácidos, ni de los agentesalcalinos Aplicaciones del cinc. Debido asu resistencia, se ha utilizadotradicionalmente en forma deplanchas para cubiertas, cañeríasy canalones. Forma parte de algunasaleaciones importantes, como loslatones, los bronces y la alpaca(aleación de cobre, níquel, cinc yestaño). Su principal aplicación es elrecubrimiento de piezas dehierro y acero mediante losprocesos de galvanizado.

Mediante el galvanizadoelectrolítico se consigue recubrirlas piezas con una delgada capade cinc, de 10 o 12 p, que lasprotege de la corrosión. Resultacostoso por su gran consumoenergético.

El galvanizado en calienteconsiste en sumergir las piezasque se desea recubrir en unbaño de cinc fundido durante uncorto período de tiempo. Con ellose consigue una capa derecubrimiento de 50 a 60 p, conun coste energético unitariomucho menor. Este procedi-miento, se emplea actualmente,para proteger las estructuras quehan de quedar a la intemperie,como farolas semáforos, torresde alta tensión, verjas y vallasprotectoras de las carreteras. 6. WOLFRAMIO. En 1781, elquímico de origen alemán CarlW. Scheele indicó que un mineraldenominado tungsteno (piedrapesada, en alemán) no existía,era una sustancia hasta entoncesdesconocida, a la que sedenominó Tungsteno. El metal fue aislado por primeravez en 1783 por los españoles JJosé y Fausto Elhuyar a partir dela wolframita. Se le llamó entoricy wolframio y ambos nombreshan persistido hasta laactualidad. El mineral básico del que seextrae el wolframio, esprecisamente la wolframita,sustancia que además, contienehierro y manganeso y de la cualEspaña es el principal productoreuropeo. También se utiliza laschiolita, que es una sal decalcio. Características. El wolframio es

un metal de color gris acerado, muy duro y pesado y de buena conductividad eléctrica. Por su dureza, resulta difícil de mecanizar. Aunque es muy dúctil, para obtener hilos de este metal se necesita emplear hileras de diamante. Resiste la acción de los ácidos y los álcalis, aunque es atacado por el cloro. Tiene el punto de fusión más alto de todos los metales. Aplicaciones del wolframio. Por su elevada ductilidad, puede estirarse en hilos de hasta 0,01 mm. de diámetro, su buena conductividad eléctrica y su elevado punto de fusión, resulta especialmente apropiado para fabricar filamentos de lámparas de incandescencia y para resistencias de hornos eléctricos. Asociado con el carbono, forma carburo de wolframio, de extraordinaria dureza. Esta sustancia se emplea en la fabricación de herramientas de corte y de matrices para trabajos en caliente, con los nombres de widia y estelita respectivamente. Junto al cromo, el níquel y el cobalto, se emplea como aleante para obtener aceros imantados. En materiales aglomerados, se asocia al titanio y al tántalo para fabricar herramientas de corterápido. Sin embargo, debido a la dureza del material, estas herramientas resultan frágiles y deben emplearse en máquinas con bajas vibraciones. 7. CROMO. Fue descubierto en 1797 por el químico francés Louis N. Vauquelin (1763-1829) tras analizar un mineral encontrado en Siberia. Su nombre deriva del griego chroma (color) por formar compuestos de vivos colores. La principal fuente de cromo es un mineral denominado cromita que es un compuesto de hierro y cromo, cuya riqueza es tan sólo de 100 ppm (partes por millón). Características. El cromo es un metal de color blanco brillante, muy duro, frágil y de estructura cristalina. Es muy resistente a la oxidación y la corrosión, y soporta bien las altas temperaturas conservando su aspecto brillante.

PPrroocceessoo ddee ggaallvvaanniizzaaddoo eenn ccaalliieennttee..

LLaa vviieejjaa bboommbbiillllaa ddee ffiillaammeennttoo ppaarreecceeqquuee ttiieennee llooss ddííaass ccoonnttaaddooss.. EEnn uunnmmuunnddoo eenn eell ccuuaall llaa pprreeooccuuppaacciióónn ppoorreell mmeeddiioo aammbbiieennttee ccrreeccee,, ppaarreeccee uunnlluujjoo iinnssooppoorrttaabbllee sseegguuiirr iilluummiinnaannddoonnuueessttrrooss hhooggaarreess,, ccoonn bbaassee ddeell ppooddeerriinnccaannddeesscceennttee uunn ffiillaammeennttoo ddeewwoollffrraammiioo..



Aplicaciones del cromo. Por su gran resistencia a la corrosión debida a los agentes atmosféricos para el recos y a otros agentes químicos, se emplea frecuentemente cubrimiento electrolítico de otros metales, técnica que recibe el nombre de cromado. Sin embargo, esta capa resulta muy porosa y quebradiza, dado el carácter frágil del cromo. Por ello, el metal debe recubrirse primero de una capa de cobre o níquel y, posteriormente, se deposita la de cromo. El acero al cromo es una aleación de extraordinaria utilidad industrial, ya que se emplea en la fabricación de cigüeñales y rodamientos por su gran dureza, tenacidad y resistencia a la tracción. También se utiliza en blindajes y maquinaria de corte. Constituye, junto con el níquel, otro de los aleantes básicos de los denominados aceros inoxidables y de los empleados en la fabricación de resistencias eléctricas. Sus compuestos se utilizan en la obtención de pigmentos colorantes. El cromo en estado puro no es tóxico, pero sí sus compuestos, los cromatos, que se absorben por vía cutánea y vía respiratoria, y producen trastornos digestivos, úlceras e irritaciones de la piel muydolorosas. La intoxicación por derivados del cromo se considera una enfermedad profesional. 8. COBALTO. Se le denomi-naba kobold en la Edad Media por los mineros que consideraban este metal sin valor y tenían la creencia de que un duende (un kobold) lo ponía en sustitución de la plata que había robado. En el diccionario castellano del siglo XVIII aparece como cobalt. Fue descubierto por George Brandt. La fecha del descubrimiento varía en las diversas fuentes entre 1730 y 1737. Brandt fue capaz de demostrar que el cobalto era el responsable del color azul del vidrio que previamente se atribuía al bismuto.

Su nombre proviene del alemánkobalt o “kobold”, espíritu maligno, llamado así por losmineros por su toxicidad y losproblemas que ocasionaba, ya que, al igual que el níquelcontaminaba y degradaba los elementos que se deseabaextraer. Durante el siglo XIX, entre el 70y 80% de la producción mundialde cobalto se obtenía en lafábrica noruega Blaafarveværketdel industrial prusiano BenjaminWegner. En 1938 John Livingood y GlennSeaborg descubrieron el cobalto-60. La primera máquina deradioterapia, bomba de cobalto, construida en Canadá por unequipo liderado por Ivan Smith yRoy Errington se utilizó en unpaciente el 27 de octubre de1951; el equipo se encuentraactualmente expuesto en elSaskatoon Cancer Centre, en la ciudad de Saskatoon(Saskatchewan). Aplicaciones del cobalto.

Aleaciones entre las quecabe señalar superaleacionesusadas en turbinas de gas deaviación, aleaciones resistentes ala corrosión, aceros rápidos, ycarburos cementados yherramientas de diamante.Herramientas de corte enprocesos de fabricación parafresadoras.

Imanes (Alnico) y cintasmagnéticas.

Catálisis del petróleo eindustria química.

Recubrimientos metálicospor deposición electrolítica porsu aspecto, dureza y resistencia a la oxidación.

Secante para pinturas,barnices y tintas.

Recubrimiento base deesmaltes vitrificados.

Pigmentos (cobalto azul ycobalto verde).

Electrodos de bateríaseléctricas.

Cables de acero deneumáticos.

El Co-60 se usa como fuentede radiación gamma en

radioterapia, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para el control de calidad de metales (detección de grietas). METALES NO FERROSOS LIGEROS. Los más importantes son el aluminio y el titanio condensidades comprendidas entre 2 y 5 g/cm3. 9. ALUMINIO. Constituye uno de los principales componentes de la corteza terrestre, de la que forma parte en una proporción del 8,13 %, sólo superada por el silicio, que representa un 28 %. Ambos elementos se presentan habitualmente combinados en forma de silicatos de aluminio, que no sirven como mena de este metal. Por esta razón, el aluminio era desconocido como material de uso industrial hasta el siglo pasado. En 1821 se descubrió en Les –Baux – de Provence (Francia) el único mineral del que es posible extraer aluminio en grandes cantidades: la bauxita. Se trata de óxido hidratado de aluminio mezclado con óxido de hierro y otros materiales. Se presenta en masas compactas de diversos colores y puede llegar a contener hasta un 65 % de riqueza. La bauxita, una vez extraída, es sometida a un cuidadoso tratamiento para obtener de ella el aluminio metálico. Características. El aluminio es un metal de color plateado, muy blando, de baja densidad, conductividad eléctrica alta y muy dúctil y maleable. Puede ser laminado tanto en frío como en caliente. Mediante laminación en caliente, pueden obtenerse chapas de diferente grosor, hasta un mínimo de 5 mm. Si se lamina en frío, las planchas llegan a tener hasta 0,005 mm. de espesor (papel de aluminio). Mediante procesos similares a los empleados con el cobre, se obtienen perfiles de diversosobtienen perfiles de diversos tipos, como tubos, barras e hilos.Presenta una elevada afinidad por el oxígeno, lo que hace que su superficie se oxide rápidamente. Sin embargo, la capa de óxido que se forma -del orden de centésimas de micra-es totalmente compacta e impide

EEll ccrroommaaddoo eess uunn pprroocceessoo ppoorr eell ccuuaallssee rreeccuubbrreenn mmeettaalleess yy nnoo mmeettaalleess,,ccoommoo eess eell ccaassoo ddeell AABBSS,, ccoonn ccrroommooddaannddoo uunn aaccaabbaaddoo bbrriillllaannttee yy ttiippoommeettáálliiccoo..

EEll ccoobbaallttoo--6600 eess uuttiilliizzaaddoo eenniinnssttrruummeennttooss mmééddiiccooss ccoommoo eessttaauunniiddaadd ddee ccoobbaallttoo--6600 ppaarraa ttrraattaarrttuummoorreess cceerreebbrraalleess.. LLaa ppeelliiggrroossiiddaadd ddeeeessttaa ssuussttaanncciiaa pprroovvooccaa qquuee ééssttaassmmááqquuiinnaass eessttéénn mmuuyy ccoonnttrroollaaddaass ppoorrllaass aauuttoorriiddaaddeess



la oxidación posterior del restode la masa metálica. La resistencia a la corrosiónpuede ser mejorada medianteuna técnica denominadaanodizado. Consiste básicamenteen hacer actuar el aluminio comoánodo en una cuba electrolítica,con lo que se consigue que éstese recubra de una fina películaque lo protege de la corrosión. Su principal inconveniente radicaen que resulta difícil de soldar,debido a la capa de óxido. Paraconseguir esta forma de uniónhay que utilizar una pistola desoldadura eléctrica, provista de un electrodo de wolframio que permite inyectar el gas inerteargón para evitar la oxidacióndurante el proceso. Aplicaciones del aluminio. Por tratarse de un material muyblando, para su uso industrial sealea con otros metales, como el cobre, el magnesio, el silicio, elníquel y el cobalto, entre otros.Se obtienen así las denominadasaleaciones ligeras, en las que elaluminio puro está presente enproporciones que oscilan entre el85 y el 99 %. Todas ellas mejoran lascualidades del aluminio encuanto a dureza, resistenciamecánica y facilidad para elmecanizado con arranque deviruta. La aleación con cobre se conocecon el nombre de duraluminio(95,5 % Al y 4,5 % Cu) y seemplea en la construcción. La aleación de aluminio -magnesio se utiliza para lafabricación de estructurasresistentes en las industriasaeronáutica y naval. También seemplea en la fabricación deautomóviles y bicicletas. La aleación de aluminio-silicio permite obtener una fundicióninyectable, que se emplea en la construcción de motores. La aleación con níquel y cobalto,conocida abreviadamente comoalnico, se utiliza para fabricarimanes permanentes. Por su baja densidad y suconductividad relativamente alta,el aluminio se emplea comosustituto del cobre en cables de conducción eléctrica de granlongitud. No obstante, para

evitar fracturas, estos cables suelen llevar alma de acero. Gracias a la fina capa de óxido que lo protege, resulta especialmente útil en la fabricación de utensilios de cocina. 10. TITANIO. Fue descubierto en 1791 por el británico William Gregory aunque fue el austríaco Martin Klaproth el que, tres años más tarde, le dio el nombre de titanio (del latín titan que significa 'hijo de la Tierra'). Se encuentra en casi todas las rocas de origen volcánico que contienen hierro. Su mineral más común es el rutilo que es dióxido de titanio criolizado. También se obtiene de la limenita, un compuesto de titanio y hierro. Características. El titanio es un metal de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. Se oxida parcialmente y es atacado por los ácidos fuertes, pero soporta muy bien la corrosión de los agentes atmosféricos. Aplicaciones del Titánico. Por su densidad relativamente baja y su resistencia mecánica, se utiliza para la construcción del fuselaje de aviones, cohetes y lanzaderas espaciales, ya que sus aleaciones resultan más duras que las del aluminio, a igualdad de peso. Está también presente en las aleaciones de algunos aceros ordinarios y de los inoxidables. Sus aleaciones resultan particularmente duras y resistentes. El carburo de titanio, especialmente refractario, se utiliza en la fabricación de aletas de turbinas, en la industria aeroespacial y en herramientas de corte. Mezclado con carburo de wolframio y añadiendo algo de cobalto y níquel, se emplea en la fabricación de hileras de extrusión y muelas de afilado. METALES NO FERROSOS ULTRALIGEROS. Son el magnesio y el berilio. 11. MAGNESIO. Aunque sus compuestos están muy difundidos por la naturaleza, no se encuentra en estado libre y

por ello era desconocido hasta el siglo XVIII. En 1808, el químico británico Humphry Davy aisló el metal impuro, al que denominó magnesium. Sus compuestos más comunes son silicatos de magnesio, como el talco, el asbesto, la sepiolita, el olivino o la serpentina. El cloruro de magnesio se encuentra disuelto en el agua demar. Características. El magnesio es un metal de color blanco brillante, muy ligero, blando, maleable y poco dúctil. Es inalterable en aire seco, pero la humedad provoca la aparición de una capa de carbonato muy porosa que no protege al metal, de modo que, con el tiempo, llega a corroerse por completo. Tiene gran afinidad por el oxígeno, con el que reacciona de manera muy rápida cuando está finalmente pulverizado. Aplicaciones del magnesio. Su combustión casi explosiva determinó su utilización como flash de las antiguas cámaras fotográficas. En la actualidad, esta propiedad se emplea en lámparas relámpago y en pirotecnia. Se utiliza como agente reductor para obtener otros metales, como el titanio, el circonio el tántalo y el uranio, a partir de sus cloruros. Por su densidad extraordinaria-mente baja, forma aleaciones ultraligeras (de densidad inferior a 2 000 kg/m3) con otros metales, como el manganeso, el cinc y el aluminio. Éstas se emplean en la industria aeronáutica y en la fabricación de bicicletas, automóviles y motocicletas de competición. Según su composición, las aleaciones ultraligeras se clasifican en aleaciones para fundición y aleaciones para forja. Entre estas últimas destacan la aleación magnam (1 % a 2 % de manganeso), la magzin (2 % a 3 % de cinc) y la magal (7 % a 9 % de aluminio).

MERCURIO. Dada su característica de metal líquido a temperatura ambiente, es conocido y utilizado desde tiempo inmemorial. El primero en obtenerlo en estado puro fue

EEssttaammppaa ppaarraa ffoorrjjaarr pprróótteessiiss ddee ccaaddeerraaddee ttiittaanniioo..

BBoobbiinnaa ddee cchhaappaa ddee aalluummiinniioo..

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Teofrasto de Ereso, en el 320 a. C. los griegos lo denominaron “hidro argiros”, es decir, plata líquida, de donde deriva su nombre latino hidrargirum. Los alquimistas de la Edad Media no lo consideraban un metal sino la esencia de todos los metales Su principal mena es el cinabrio, mineral de coloración rojiza característica constituido por sulfuro de mercurio. En el seno de las grandes masas de mineral puede encontrarse a veces mercurio nativo en estado líquido. Los yacimientos más ricos del mundo se encuentran en Almadén (Ciudad Real), aunque el principal país productor de mercurio es Italia.

Características. El mercurio es unlíquido de color plateado ybrillante, de densidad muyelevada, buen conductor de laelectricidad y con un elevadocoeficiente de dilatación térmica.Es capaz de disolver casi todoslos demás metales, excepto elhierro, el níquel, el molibdeno yel tungsteno. Con éstos, noforma disolución, sinoamalgamas amasables atemperatura ambiente queendurecen con el tiempo. Aplicaciones del mercurio. Se emplea para fabricartermómetros y barómetros, yaque su dilatación es uniforme acualquier temperatura. Las amalgamas de mercurio conotros metales se utilizan enodontología como empaste de

dientes. Modernamente se emplea en electricidad para fabricar lámparas fluorescentes a base de vapor de mercurio y pilas de botón de elevado rendimiento y tamaño reducido. Como ocurre con el plomo, el mercurio es muy venenoso, ya que el organismo es incapaz de eliminarlo. Por su bajo punto de ebullición, puede producir vapores extraordinariamente peligrosos, pues la principal víade intoxicación es la respiratoria.La intoxicación por este metal ysus sales se denomina hi a t rigirismo y se manifiesta con ulceraciones de las encías, ennegrecimiento de los dientes, vómitos, diarreas, temblores, etc.

EEll mmeerrccuurriioo,, ssuu pprriinncciippaall ccaarraacctteerrííssttiiccaaeess llaa ddee sseerr uunn mmeettaall llííqquuiiddoo aatteemmppeerraattuurraa aammbbiieennttee..

LLooggooss yy ccóóddiiggoo ddee ccoolloorreess,,ggeenneerraallmmeennttee uussaaddooss eenn ccaammppaaññaass ddeerreecciiccllaajjee..

Reciclaje de Materiales Metálicos Hoy, conceptos como ecología, protección del medio ambiente, aprovechamiento de recursos, reciclado selectivo de materiales, etc. forman parte de nuestra vida dejando de ser una moda pasajera, para convertirse en algo de vital importancia para el cuidado y el futuro del entorno que nos rodea. El reciclado es una actividad totalmente normal, técnicamente resuelta y rentable. La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a procesarse, creando nuevos productos. Metales como el aluminio, el plomo, el hierro, el acero, el cobre, la plata y el oro son reciclados fácilmente cuando no están mezclados con otras sustancias, porque se pueden fundir y cambiar de forma o adoptar la misma anterior. De estos materiales, el hierro es el que tiene mayor demande comercial. El reciclaje del aluminio, esta incrementándose bastante debido a que una lata, producto de reciclaje, requiere solo una parte de la energíanecesaria para elaborar una lata similar con materas primas. Si recuperáramos todos estos metales serian una gran fuente de materias primas. Los yacimientos (de donde se extraen industrialmente el metal), son depósitos de los mismos y están siendo poco

a poco agotados. En losnuevos yacimientos se debeinvertir mayor capital, ya quese encuentran masadentrados en la cortezaterrestre y en lugares muyremotos para el centro deproducción. El cobre, desde los 80, procede de lugares comochile, Zambia, Zaire, Papúa,Nueva−Guinea, lugares muylejanos del centro deproducción. En 1990, paraobtener los, casi, 9 millonesde toneladas de cobre que seprodujeron hizo falta extraery reprocesar 990 toneladasde mineral. Historia. Los metales soncomponentes que han sidoutilizados por el hombredesde la Era más remota, como ya hemos nombradoanteriormente, tanto así, que les dieron nombres a algunas de ellas: La Edad del Bronce,La Edad del Hierro, la fiebredel Oro, etc. se hanencontrado minas de silicedel final de la Edad de Piedraen el centro y noroeste deEuropa. Los utensiliosmetálicos se funden yremoldean, desde tiemposprehistóricos, es lo quepodríamos considerar unreciclaje primitivo.

Proceso de reciclado: Se recogen y clasifican los

diferentes metales.

Las latas de aluminio y acero se comprimen para llevarlas a la planta de reciclado.

Las latas comprimidas se

meten en una trituradora para desmenuzarlas.

Un enorme imán que se

sitúa sobre el metal, separa el acero del aluminio. Los dos metales tendrán una aventura diferente en su proceso de reciclaje.

Los metales se funden y se

moldea en lingotes de 25 toneladas, generalmente.

Dependiendo el material, los

lingotes de se funden y se pasan por rodillos para formar laminas finas, en el caso del aluminio, haciendo así latas nuevas.

En el caso de acero por

ejemplo, las latas de conserva están formadas un 99% de acero, forrado en el interior con una fina capa de estaño evitando así la oxidación del material que contienen.

Se colocan estas latas en un

cubo con agua sometiéndolo a electricidad y sustancias químicas, la reacción obtenida es que el estaño flota separándolo del acero. Para continuar el proceso de reciclaje.

MMeettaalleess ccoommppaaccttaaddooss lliissttooss ppaarraa sseerrlllleevvaaddooss aa ppllaannttaass ddee rreecciiccllaajjee..



El acero puro se lava eintroduce en la fundidora parahacer lingotes.

Los lingotes de acero sefunden y pasan por rodillos paraasí formar laminas finas en hojasdelgadas para latas nuevas. Objetos reciclables de metal:

Latas de conservas.

Latas de cerveza.

Tapas de metal.

Botones de metal.

Papel aluminio.

Bolsa interior de la leche en

polvo.

Alfileres.

Alambre.

Cacerola de aluminio.

Etc.

Categorías del Reciclaje.

Reciclaje primario. Utilización de material reciclable en la elaboración del mismo material; por ejemplo, envase plástico para la elaboración de envase plástico.

Reciclaje secundario. Utiliza-ción de un material reciclable en un material para reciclar nuevamente; por ejemplo,

directorios telefónicos para la elaboración de cubetas de huevos, o latas de gaseosa, para la elaboración de perfilaría de aluminio.

Reciclaje terciario. Utilización

de material reciclable en un material que luego no se podrá reutilizar; por ejemplo, polietileno para la elaboración de mangueras.

Símbolo del reciclaje. El

símbolo del reciclaje está compuesto por tres flechas que forman un triangulo y que representan la continuidad del ciclo útil de los materiales reciclables. Este símbolo se encuentra impreso en envases, empaques y objetos que son recuperables.

Actividad de Consulta y Estudio Utilizar para esta el Libro “Manufactura: Ingeniería y Tecnología”. Autor: Kalpakjian y Schmid, Editorial Pearson Prentice Hall. y cualquier otro libro de Manufactura o Materiales. 1. Hacer una Tabla con los tipos de aceros para herramientas y dados, según la norma AISI. (Link)

Tipo AISI

Alta Velocidad

Trabajo en Caliente

Trabajo en Frio

Resistente al Impacto

Acero para Moldes

Uso Especial

Temples al Agua

SSíímmbboolloo ddee rreecciiccllaajjee..



2. Hacer una Tabla, sobre las características de procesamiento y de servicio de aceros para herramientas y dados comunes.

Designación AISI

Resistencia a la

Carburación

Resistencia al Agrietamiento

Dureza Aprox. (HRC)

Maquinabilidad Tenacidad Resistencia

a Hablandarse

Resistencia al

Desgaste

M2 Medio Medio 60 – 65 Medio Bajo Muy Alto Muy Alto

T1 Alto Alto 60 – 65 Medio Bajo Muy Alto Muy Alto

T5

H11, H12, H13

A2

A9

D2

D3

H21

H26

P20

P21

W1, W2

3. Hacer un cuadro donde se explique la designación de las aleaciones del Aluminio en bruto, la designación de las aleaciones de aluminio fundidas y las designaciones de temple.



4. Hacer un cuadro donde se explique la designación del Cobre.

5. Hacer un cuadro donde se explique la designación de las aleaciones de Magnesio.

6. Que son las aleaciones con memoria de forma, que elementos constituyentes tienen, en que porcentaje, aplicaciones e importancia.



7. Hacer un cuadro reseñando los diferentes materiales metálicos puros vistos, donde se denoten sus principales características como son: densidad, estructura cristalina básica, alotropía, temperaturas de cambios alotrópicos, cambio alotrópico y Minerales básicos de obtención.

Material Metálico Densidad Estructura

Cristalina Alotropía o

Polimorfismo

Temperaturas Cambio

Alotrópico

Cambios Estructura Cristalina

Minerales Básicos de Obtención

Hierro

Cobre

Estaño

Plomo

Níquel

Cinc

Wolframio

Cromo

Cobalto

Aluminio

Titanio

Magnesio

Mercurio

8. Que son las Superaleaciones, cuales son estas aleaciones y sus aplicaciones.



9. Consultar y hacer sendos gráficos donde se muestren, las principales propiedades (Dureza, Resistencia a la Tensión, Elongación) de los aceros, deacuerdo al cambio en porcentaje del carbono. Sugerencia graficar en la abscisa el porcentaje de carbono de izquierda a derecha y en la ordenada el valor delapropiedad analizada. (Ayúdese con este LINK) 10. Hacer una reseña de los Metales Preciosos, Oro, Plata y Platino.



1. Explique que efectos tiene la recristalización en las propiedades de los metales. 2. Qué es endurecimiento por deformación y que efectos tiene en las propiedades de los metales? 3. Qué influencia tiene el tamaño del gran en las propiedades mecánicas de los metales? 4. Porqué incide la temperatura de trabajo, en la generación de endurecimiento por deformación? 5. Será posible que dos piezas del mismo metal tengan diferentes temperaturas de recristalización? Explique. 6. Será posible que ocurra la recristalización en algunas regiones de una pieza, antes que ocurra en otras regiones de la misma pieza? Explique. 7. Cuáles son las principales clases de aleaciones ferrosas? 8. Nombre los diferentes elementos aleantes de los aceros y de acuerdo a su incidencia sobre sus propiedades, determine cuales cree, son los de mayorefecto. 9. De que manera afecta el cromo a las características superficiales de los aceros inoxidables? 10. Que es Solidificación Homogénea y Heterogénea? 11. Cuáles son los usos más comunes del Magnesio? 12. Cuáles son los usos más comunes del Cobre? 13. Cuáles son las propiedades del titanio que lo hacen atractivo para su uso en componentes recomposición ósea, es decir, como biomaterial? 14. Cuáles son los materiales considerados como refractarios? 15. Cuáles son las ventajas de usar el Cinc como un recubrimiento del acero? 16. Cuáles son los usos principales del plomo? 17. Donde son más utilizadas las fundiciones y porqué? 18. Si el cobre es mejor conductor de electricidad que el aluminio, por que se utiliza este último, en el desarrollo de redes eléctricas de alta y media tensión? 19. Cual es la importancia del reciclaje de materiales metálicos? 20. Que puede concluir de la incidencia del porcentaje de carbono, en los aceros?

Actividad de Autoevaluación



Actividad de Investigación – Taller No. 1.

Fichas Técnicas de Materiales Metálicos El estudiante debe investigar sobre el estado de suministro de los diferentes materiales que se reseñan acontinuación y buscar varias fichas técnicas, de diferentes referencias. Condensarlas en la Ficha adjunta y anexar copia de la ficha técnica encontrada por internet o por medio de unaempresa especializada, se recomienda que se indagué en empresas colombianas de manera que haya certeza quelas fichas anexadas son de materiales de consecución local. Los temas son: MATERIALES FERROSOS:

ACEROS AL CARBONO. Color: Azul

ACEROS ALEADOS. Aceros Para Herramientas. Color: Cafe

ACEROS ALEADOS. Aceros Estructurales. Color: Rojo

ACEROS ALEADOS. DE BAJA ALEACIÓN ULTRARESISTENTES. Color: Verde

ACEROS INOXIDABLES. Color: Morado

MATERIALES NO FERROSOS:

ALUMINIO Y SUS ALEACIONES. Color: Gris

COBRE Y SUS ALEACIONES. Color: Anaranjado

PLOMO, ESTAÑO, CINC Y SUS ALEACIONES. Color: Amarillo

CROMO, MAGNESIO, TITANIO Y SUS ALEACIONES. Color: Agua Marina.

Tiempo para realizar el Taller: A partir del ____ de ___________ de 20____ al ____ de ______________ de 20____, en horas de clase.



Actividad de Investigación – Ejemplo:

ACEROS AL CARBONO

Empresa Fabricante:

Aceros DIACO

AISI – SAE 1090

ACERO AL CARBONO DE TEMPLE Y REVENIDO

PERFILES USUALES: Redondo, Cuadrado, etc. ANALISIS QUÍMICO: (Norma AISI / SAE)

%C %Mn %P %S %Si Etc.

0.85 – 0.98 0.60 – 0.90 0.040 Máx. 0.050 Máx -- --

EQUIVALENCIAS INTERNACIONALES:

Alemania - DIN

AISI-SAE

Japón - JIS

España – UNE

1090 PROPIEDADES MECANICAS DEL MATERIAL, SEGÚN ESTADO DE SUMINISTRO:

Estado Resistencia a

la Tracción (Kg/mm2)

Límite Elástico

(Kg/mm2) Alargamiento

% Reducción de

Área % Dureza Brinell 30/10

Bonificado 105/130 322/394

TRATMIENTO TERMICO DEL MATERIAL: Forja Temple Normalizado Recocido

Subcrítico Revenido

Temperatura (ºC) 900 – 1100 860 – 890 850 – 890 700 – 720 150 – 160* Medio de Enfriamiento Cenizas Aceite Aire Horno Aire

* Depende de la dureza final requerida. CARACTERISTICAS DE EMPLEO: Es un acero suministrado en estado bonificado para barras de molino como cuerpos moledores para la industria cementera. APLICACIONES: Relativamente tenaz, el Acero AISI- SAE 1090 es preferido en herramientas sometidas a impacto y abrasión. Aplicaciones en herramientas manuales como cinceles, cuchillas, destornilladores, punzones, etc., y elementos de soporte como mordazas de fijación, masas de yunque, etc.



AISI/SAE Steel Numbering System 10XX Plain carbon, Mn 1.00% max

11XX Resulfurized free machining

12XX Resulfurized/rephosphorized free machining

Carbon steels

15XX Plain carbon, Mn 1.00-1.65%

Manganese steel 13XX Mn 1.75%

23XX Ni 3.50% Nickel steels

25XX Ni 5.00%

31XX Ni 1.25%, Cr .65-.80%

32XX Ni 1.75%, Cr 1.07%

33XX Ni 3.50%, Cr 1.50-1.57% Nickel-chromium steels

34XX Ni 3.00%, Cr .77%

40XX Mo .20-.25% Molybdenum steels

44XX Mo .40-.52%

Chromium-molybdenum steels 41XX Cr .50-.95%, Mo .12-.30%

43XX Ni 1.82%, Cr .50-.80%, Mo .25% Nickel-chromium-molybdenum steels 47XX Ni 1.05%, Cr .45%, Mo .20-.35%

46XX Ni .85-1.82%, Mo .20-.25% Nickel-molybdenum steels

48XX Ni 3.50%, Mo .25%

50XX Cr .27-.65%

51XX Cr .80-1.05%

50XXX Cr .50%, C 1.00% min

51XXX Cr 1.02%, C 1.00% min

Chromium steels

52XXX Cr 1.45%, C 1.00% min

Chromium-vanadium steels 61XX Cr .60-.95%, V .10-.15%

Tungsten-chromium steels 72XX W 1.75%, Cr .75%

81XX Ni .30%, Cr .40%, Mo .12%

86XX Ni .55%, Cr .50%, Mo .20%

87XX Ni .55%, Cr .50%, Mo .25% Nickel-chromium-molybdenum

steels

88XX Ni .55%, Cr .50%, Mo .35%

Silicon-manganese steels 92XX Si 1.40-2.00%, Mn .65-.85%, Cr 0-.65%

93XX Ni 3.25%, Cr 1.20%, Mo .12%

94XX Ni .45%, Cr .40%, Mo .12%

97XX Ni .55%, Cr .20%, Mo .20% Nickel-chromium-molybdenum

steels

98XX Ni 1.00%, Cr .80%, Mo .25%

Anexo No. 1:

Callister, William, “Engineering and Science of Materials”, Ed. Wiley and sons 1998.

Askeland, Donald, “La Ciencia e Ingeniería de Materiales”, Edit Iberoamerica, 1990.

Mangonon, Pat L., “Ciencia de Materiales Selección y Diseño”, Ed.Prentice Hall, 2001.

Ashby, Michael F., “Materiales para Ingeniería”, Ed. Reverté, 2008.

Callister, William D., “Materials Science and Engineeringan Introduction”, John Wiley & Sons, 2007.

Groover, Mikell P., “Fundamentos de Manufactura Moderna, Materiales, Procesos y Sistemas”, McGraw-Hill, 2007.

Kalpakjian y Schmid, “Manufactura: Ingeniería y Tecnología”,

Editorial Pearson Prentice Hall, 2002.

Bibliografía

Escuela Colombiana de Carreras Industriales, ECCI

Cra. 19 No. 49 - 20 Bogotá D.C., Cundinamarca

Colombia

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www.ecci.edu.co

http://www.postdiluvian.org/~mason/materials/ http://www.efunda.com/materials/materials_home/materials.cfm http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/index.html http://www.worldsteeldynamics.com/ http://www.api.org/ http://mss-hq.org/ http://es.asme.org/enes/ http://www.nucor.com/ http://www.iso.org/iso/home.htm http://www.asa.net/ http://www.corusgroup.com/en/ http://www.acerosboehler.com.ar/ http://www.forginal.com/?lang=es http://www.astm.org/ http://www.asme.org/ http://www.ansi.org/ http://www.acindar.com.ar/index.asp http://juliocorrea.wordpress.com/2007/08/18/metalografia-aceros-

fundiciones-inoxidables/ http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm www.metalmecanica.com http://tecnologiamadridespinillo.blogspot.com/

Links de Interés

Aclaración: Desarrollado como notas de clase, como apoyo de estudio de los estudiantes de Procesos Industriales IV, del

programa Desarrollo Empresarial de la ECCI. Toda o parcialmente la

información plasmada ha sido tomada de diferentes autores y

fuentes, por lo cual no puede ser reproducida con intenciones

comerciales, únicamente académicas, sin valor comercial.

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