Materiales Industriales

Aceros. Metales no férricos. Materiales cerámicos y no cristalinos. Plásticos. Tipos de ensayos

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Eneko Bizkarra 1. DPM

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ACEROS

DEFINICIÓN 3

OBTENCIÓN 3

CLASIFICACION DE LOS ACEROS 5

FUNDICIÓN

PROCESOS DE FUNDICIÓN 7

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE FUNDICIÓN 8

Moldeos removibles 8-9

Moldeos desechables 10

Colada (vaciado) 11

Fundición por inyección 11

TIPOS DE FUNDUCION 12

Fundición gris 12

Fundición blanca 13

Fundición nodular 13

Fundición maleable 14

TRATAMIENTOS 15

TRATAMIENTOS TERMICOS 15

Recocido 15

Normalizado 16

Temple 16

Revenido 17

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS 17

Cimentación 17

Nitruración 17

Cianuración 17

Sulfinización 18

TRATAMIENTOS MECÁNICOS 18

Tratamientos mecánicos en frío 18

Tratamientos mecánicos en caliente 18

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES 18

Mentalización 18

Cromado duro 18

OXIDACIÓN Y CORROSIÓN 19

LA OXIDACIÓN 19

LA CORROSIÓN 19

pág

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN 20

Modificación química de la superficie 21

Procedimientos electrolíticos 21

Recubrimientos no metálicos 22

Recubrimientos metálicos 23-24-25

METALES NO FERRICOS 25

EL COBRE 26

EL ALUMINIO 27

EL PLOMO 28

EL ESTAÑO 28

EL TITANIO 29

EL MAGNESIO 29

MATERIALES CERÁMICOS 30

MATERIALES CERÁMICOS NO CRISTALINOS 30

Vidrios 30

PLÁSTICOS 31

ORIGEN DE LOS PLÁSTICOS 31

La estructura de los plásticos 31

LOS PLÁSTICOS Y SUS PROPIEDADES 32

Termoplásticos 32

LOS PLÁSTICOS TERMOESTABLES 35

La baquetilla 35

La melanina 36

Urea-formadehído 36

Poliéster 36

PLÁSTICOS ELASTÓMEROS 37

Caucho natural y sintético 37

Neopreno 37

Silicona 37

FABRICACIÓN CON PLÁSTICOS 37

ENSAYOS DE DUREZA 38

ENSAYOS DESTRUCTIVOS ESTATICOS 38

Ensayos de dureza por penetración estática 38

Ensayos de tracción 40

ENSAYOS DESTRUCTIVOS DINAMICOS 42

Ensayos de resistencia al choque 42

pág

Ensayos de fatiga 43

ENSAYOS DESTRUCTIVOS TECNOLÓGICOS 44

Ensayos de chispa 44

Ensayos de plegado 44

Ensayos de embutición 45

Ensayos de forja 45

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 46

Ensayos ópticos 46

Ensayos magnéticos 47

Ensayos ultrasónico 48

Ensayos con rayos X 49

ACEROS

DEFINICIÓN.

El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste muy poco la def0rmacion plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio, níquel.

OBTENCIÓN.

Historia.

Durante toda la Edad Media y El Renacimiento el acero era producido en pequeñas cantidades por corporaciones de artesanos que guardaban en secreto el método de fabricación. El primer proceso de obtención industrial del acero fue ideado por el relojero inglés B.Huntsman en 1740; el proceso se llamó “al crisol”, porque consistía en cementar ( es decir, enriquecer en contenido de carbono ) el hierro con carbón vegetal y fundir sucesivamente en un crisol el producto obtenido. La fundición se conocía en Europa ya en el siglo XIV, como producto secundario de los hornos altos de producción de hierro; en un principio sólo se utilizó como sustitutivo del bronce. Antes de que pudiera emplearse en gran escala en la producción del acero, fue necesario que el inglés H. Cort inventase en 1874 un procedimiento de afina, en el que se producía el hierro en un horno de reverbero alimentado con carbón mineral; el carbón era quemado sobre una parrilla cuya solera estaba constituida por una capa que contenía óxido de hierro. Durante el proceso, llamado “pudelado”, la fundición era removida a mano con unas largas varillas de hierro, y luego comprimida en una prensa; el lingote resultante se laminaba al calor. Con tales procedimientos la producción de hierro fundido dejó de estar supeditada al consumo de carbón vegetal, solucionando el gravísimo problema que representaba para muchos países europeos el incremento de la tala de bosques.

El acero producido al crisol era de óptima calidad, pero el coste de producción era muy superior al fabricado por pudelado. Ambos métodos fueron abandonados al introducirse los procedimientos modernos de producción en gran escala de Bessemer y de Tomas.

El proceso Bessemer, ideado en 1856 por Henry Bessemer, consiste en obtener directamente acero mediante el afino de la fundición, introduciendo una corriente de aire en un aparato, actualmente llamado “convertidor” y entonces, por su forma, “pera de Bessemer”. En él, el calor que mantiene líquida la colada lo suministra la reacción exotérmica de oxidación del Si.Dado que el convertidor ( la cuba de afino ) está revestido de sílice (ácida), el proceso es idóneo para una función de estas características. En el mismo período se patentaba en América un proceso análogo, el de William Kelly. En 1877, el inglés Sydney Gilchrist Thomas tuvo la idea de sustituir el revestimiento ácido del convertidor Bessemer por un revestimiento básico (dolomía), lo que permitía obtener escorias básicas; por consiguiente, se podía convertir fundición fosforosa en aceros. Entre 1860 y 1865 el francés Pierre Martín y los alemanes Wilhelm y Friedrich Siemens desarrollaron un tipo de horno alimentado por gas, denominado posteriormente “horno Martín-Siemens”. Este tipo de horno permite obtener acero fundiendo en la solera grandes cantidades de chatarra de hierro y fundición o bien fundición y minerales. W. Siemens, entre 1878 y 1879, efectuó los primeros intentos de obtener acero a partir de chatarra de fundición de hierro en hornos de arco eléctrico. En 1898, E. Stassano instaló en Roma un horno de arco eléctrico para fabricar acero directamente del mineral, horno en que la colada era calentada por irradiación. Casi simultáneamente, en 1900, el francés P. T. L. Héroult, en América, iniciaba sus ensayos para obtener acero en un horno también de arco, siguiendo un procedimiento muy similar al Martín-Siemens.

Los procesos Bessemer, Thomas, Martín-Siemens y más tarde los de acerería eléctrica inauguran la edad del acero, desplazando rápidamente a la madera como material estructural en las obras de ingeniería civil, y después al hierro fundido con materia prima de la construcción de raíles, barcos, cañones, etc.

Producción.

El acero se obtiene a partir del producto de alto horno, el arrabio líquido, en los convertidores o en otros hornos que trabajan con carga líquida dentro de la misma instalación industrial. El arrabio, lingote de horno alto o lingote de hierro, pues de estas maneras suele denominarse, es frágil y poco resistente. Su composición, que es distinta según la procedencia del mineral de hierro, está constituida por un elevado tanto por ciento de carbono ( 4-5%) y otras impurezas como azufre, fósforo, silicio, manganeso, etc. Se transforma en acero mediante un proceso de descarburación y regulación de las otras impurezas. Existen, además, otros procedimientos que permiten obtener directamente acero partiendo del mineral sin pasar por el arrabio. Aunque su desarrollo ha sido y es muy limitado, se pueden citar como métodos más importantes: Hoganäs, Norsk-Staal, Krupp-Renn, afino sólido, etc. El procedimiento de la forja catalana respondía a este último tipo de obtención: el hierro se reducía con carbón vegetal formando fundición, la cual, en la parte más caliente del horno, se transformaba en acero. romo, molibdeno y vanadio .

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono

El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo, etc.

Aceros aleados

Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes

Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de bagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.

Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.

Aceros inoxidables

Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

'Materiales Industriales'

Aceros de herramientas

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

'Materiales Industriales'

FUNDICION

Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o presión para formar la parte), la extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos).

PROCESOS DE FUNDICIÓN

La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde. La cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentaje de contracción, por lo tanto si la presión dimensional es crítica la cavidad debe diseñarse para el metal particular que se va a fundir. Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.

Proceso:

Se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente alta para transformarlo completamente al estado líquido, después se vierte directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto el metal liquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una vía de paso llamada sistema de vaciado que permite el flujo del metal fundido desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el más importante en operaciones de fundición.

Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la temperatura suficiente para el punto de congelación de un metal puro, empieza la solidificación que involucra un cambio de fase del metal. Se requiere tiempo para completar este cambio de fase porque es necesario disipar una considerable cantidad de calor. El metal adopta la forma de cavidad del molde y se establecen muchas de las propiedades y características de la fundición. Al enfriarse la fundición se remueve del molde; para ello pueden necesitarse procesamientos posteriores dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre ellos tenemos:

El desbaste del metal excedente de la fundición.

La limpieza de la superficie.

Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades.

Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y la microestructura metalúrgica asociada.

CLASIFICACIÓN DEL PROCESO DE FUNDICIÓN:

Según el tipo de modelo:

Modelos removibles

simple para moldear un disco de un metal fundido para hacer un engrane. El molde para este disco se hace una caja de moldeo que consta de dos partes. A la parte superior se le llama tapa, y a la parte inferior base. Las partes de la caja se mantiene en una posición definida, una con respecto a la otra por medio de unos pernos colocados en dos lados opuestos de la base que encajan en agujeros de unos ángulos sujetos a los lados de las tapas.

 El primer paso en la hechura de un molde es el de colocar el modelo en el tablero de moldear, que coincide con la caja de moldeo. Enseguida se coloca la tapa sobre el tablero con los pernos dirigidos hacia abajo. Luego se criba sobre el modelo para que lo vaya cubriendo; la arena deberá compactarse con los dedos en torno al modelo, terminando de llenar completamente la tapa. Para moldes pequeños, la arena se compacta firmemente con apisonadores manuales. El apisonado mecánico se usa para moldes muy grandes y para moldeo de gran producción. El grado de apisonado necesario solo se determina por la experiencia. Si el molde no ha sido lo suficientemente apisonado, no se mantendrá en su posición al moverlo o cuando el metal fundido choque con él. Por otra parte, si el apisonado es muy duro no permitirá que escape el vapor y el gas cuando penetre el metal fundido al molde.

Después que se ha terminado de apisonar, se quita el exceso de arena arrasándola con una barra recta llamada rasera. Para asegurar el escape de gases cuando se vierta el metal, se hacen pequeños agujeros a través de la arena, que llegan hasta unos cuantos milímetros antes del modelo.

Se voltea la mitad inferior del molde, de tal manera que la tapa se puede colocar en su posición y se termina el moldeo. Antes de voltearlo se esparce un poco de arena sobre el molde y se coloca en la parte superior un tablero inferior de moldeo. Este tablero deberá moverse hacia atrás y hacia delante varias veces para asegurar un apoyo uniforme sobre el molde. Entonces la caja inferior se voltea y se retira la tabla de moldeo quedando expuesto el moldeo. La superficie de la arena es alisada con una cuchara de moldeador y se cubre con una capa fina seca de arena de separación. La arena de separación es una arena de sílice de granos finos y sin consistencia. Con ella se evita que se pegue la arena de la tapa sobre la arena de la base.

Enseguida se coloca la tapa sobre la base, los pernos mantienen la posición correcta en ambos lados. Para proporcionar un conducto por donde entra el metal al molde, se coloca un mango aguzado conocido como clavija de colada y es colocada aproximadamente a 25 mm de un lado del modelo, las operaciones de llenado, apisonado y agujerado para escape de gases, se llevan a cabo en la misma forma que la base.

Con esto, el molde ha quedado completo excepto que falta quitar el modelo y la clavija de colada. Primero se extrae esta, abocardándose el conducto por la parte superior, de manera que se tenga una gran apertura por donde verter el metal. La mitad de la caja correspondiente a la mitad superior es levantada a continuación y se coloca a un lado. Antes de que sea extraído el modelo, se humedece con un pincel la arena alrededor de los bordes del modelo, de modo que la orilla del molde se mantenga firme al extraerlo. Para aflojar el modelo, se encaja en el una alcayata y se golpea ligeramente en todas direcciones. Enseguida se puede extraer el modelo levantándolo de la alcayata.

Antes de cerrar el molde, debe cortarse un pequeño conducto conocido como alimentador, entre la caída del molde hecho por el modelo y la abertura de la colada. Este conducto se estrecha en el molde de tal forma que después que el metal ha sido vertido el mismo en el alimentador se puede romper muy cerca de la pieza.

Para prever la contracción del metal, algunas veces se hace un agujero en la tapa, el cual provee un suministro de metal caliente a medida que la pieza fundida se va enfriando, esta aventura es llamada rebosadero. La superficie del molde se debe rociar, juntar o espolvorear con un material preparado para recubrimiento, dichos recubrimientos contienen por lo general polvo de sílice y grafito. La capa de recubrimiento del molde mejora el acabado de la superficie de colado y reduce los posibles defectos en las superficies. Antes que el metal sea vaciado en el molde, deberá colocarse un peso sobre la tapa para evitar que el metal liquido salga fuera del molde en la línea de partición.

Modelos desechables

En la fabricación de moldes con modelos desechables, el modelo, que es usualmente de una pieza, es colocado en el tablero y la base de la caja se moldea en la forma convencional. Se agregan unos agujeros para ventilación y la base se voltea completamente para el moldeo de la tapa. Casi siempre la arena en verde es el material común más usado, aunque pueden usarse arenas especiales para otros propósitos, como arena de cara que se utiliza de inmediato alrededor del modelo. La arena en la línea de partición no se aplica en la tapa de la caja y la base no puede ser separada hasta que la fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y se apisona. En cualquiera de los casos la colada es cortada en el sistema de alimentación o ambas, como usualmente sucede, esta es una parte del modelo desechable. Se hacen los agujeros para ventilación y se coloca algo de peso para oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la alimentación y el sistema de colado como se muestra en la figura.

La colada es vaciada rápidamente en la pieza moldeada; el poliestireno se vaporiza; y el metal llena el resto de la cabida. Después de enfriado la fundición es eliminada del molde y limpiada.

El metal es vaciado lo suficientemente rápido para prevenir la combustión del poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En cambio, los gases, debido a la vaporización del material, son manejados hacia fuera a través de la arena permeable y los agujeros de ventilación. Un recubrimiento refractario se aplica comúnmente al modelo para asegurar un mejor acabado superficial para la fundición y le agrega resistencia al modelo. Es obligatorio a veces que los pesos para oprimir los moldes sean parejos en todos los lados para combatir la alta presión relativa en el interior del molde.

Las ventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos::

Para una pieza no moldeada en maquina, el proceso requiere menos tiempo.

No requieren que hagan tolerancias especiales para ayudar a extraer el modelo de la arena y se requiere menor cantidad de metal.

El acabado es uniforme y razonablemente liso.

No se requiere de modelos complejos de madera con partes sueltas.

No se requiere caja de corazón y corazones.

El modelo se simplifica grandemente.

Las desventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos:

El modelo es destruido en el proceso.

Los modelos son más delicados de manejar.

El proceso no puede ser usado con equipos de moldeo mecánico.

No puede ser revisado oportunamente el modelo de la cavidad.

Colada (vaciado)

En talleres y fundiciones de producción pequeña, los moldes se alinean en el piso conforme se van haciendo y el metal es tomado entonces en pequeñas cucharas de vaciado. Cuando se requiere mas metal o si un metal mas pesado es vaciado, se han diseñado cucharas para ser usadas, por dos hombres. En fundiciones grandes, están comprometidas en la producción en masa de piezas fundidas, el problema de manejo de moldes y vaciado de metal se resuelve colocando los moldes sobre transportadores y haciéndolos pasar lentamente por una estación de vaciado. La estación de vaciado puede ser localizada permanentemente cerca del horno o el metal puede ser traído a ciertos puntos por equipo de manejo aéreo. Los transportadores sirven como un almacén de lugar para los moldes, los cuales son transportados a un cuarto de limpieza.

El rechupe, debido a la falta de alimentación de la pieza. Las superficies internas de esta cavidad están cubiertas con cristales dendríticos y no están oxidadas.

Fundición por Inyección:

La fundición en esta forma y tratándose de gran cantidad de piezas, exige naturalmente un numero considerable de moldes. Es evidente que el costo de cada pieza aumenta con el precio del molde.

En las técnicas modernas para la fundición de pequeñas piezas, se aplican maquinas con moldes de metal, que duran mucho tiempo, pudiendo fundirse en ellos millares de piezas, el metal se inyecta en el molde a presión, por cuya razón este sistema se denomina por inyección. El peso de las piezas que se pueden fundir por inyección en moldes mecánicos, varía entre 0.5 gramos hasta 8 kilos. Por lo general se funden por inyección piezas de Zinc, Estaño, Aluminio, y Plomo con sus respectivas aleaciones.

La parte más delicada de la maquina para fundir por inyección es el molde. Este molde tiene que ser hecho con mucho cuidado y exactitud, tomando en cuenta los coeficientes de contracción y las tolerancias para la construcción de las piezas, de acuerdo con el metal y la temperatura con la que se inyecta.

La cantidad de piezas que pueden fundir en un molde y con una sola maquina es muy grande, además, en una hora pueden fabricarse de 200 a 2000 piezas según su tamaño y forma, por lo tanto, repartiendo el costo del molde, de la maquina, así como también los gastos de mano de obra para la manutención del equipo y teniendo en cuenta la gran producción, a de verse que las piezas fundidas en serie por inyección resultan de bajo costos.

Se puede observar que la estructura de la pieza fundida en coquillas es densa de grano muy fino, por lo que las propiedades mecánicas en estas son mejores que las de piezas iguales coladas en molde de arena. Por esta razón es posible disminuir el peso de piezas fundidas en coquillas, con el consiguiente ahorro de material.

TIPOS DE FUNDICIONES

Fundición gris

La mayoría de las fundiciones grises son aleaciones hipoeutécticas que contienen entre 2,5 y 4% de carbono. El proceso de grafitización se realiza con mayor facilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si la cantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio, es la adecuada.

Para que grafiticen la cementita eutéctica y la proeutectoide, aunque no la eutectoide, y así obtener una estructura final perlítica hay que controlar cuidadosamente el contenido de silicio y la velocidad de enfriamiento.

El grafito adopta la forma de numerosas laminillas curvadas, que son las que proporcionan a la fundición gris su característica fractura grisácea o negruzca. Si la composición y la velocidad de enfriamiento son tales que la cementita eutectoide también se grafitiza presentará entonces una estructura totalmente ferrítica. Por el contrario, si se impide la grafitización de la cementita eutectoide, la matriz será totalmente perlítica. . La fundición gris constituida por mezcla de grafito y ferrita es la más blanda y la que menor resistencia mecánica presenta; la resistencia a la tracción y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor máximo en la fundición gris perlítica.

La mayoría de las fundiciones contienen fósforo procedente del mineral de hierro en cantidades variables entre 0,10 y 0,90%, el cual se combina en su mayor parte con el hierro formando fosfuro de hierro (Fe3P). Este fosfuro forma un eutéctico ternario con la cementita y la austenita (perlita a temperatura ambiente) conocida como esteatita la cual es uno de los constituyentes normales de las fundiciones. La esteadita, por sus propiedades físicas, debe controlarse con todo cuidado para obtener unas características mecánicas óptimas.

Fundición blanca

Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono.

Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y resistencia al desgaste, siendo sumamente quebradiza y difícil de mecanizar. Esta fragilidad y falta de maquinabilidad limita la utilización industrial de las fundiciones " totalmente blancas ", quedando reducido su empleo a aquellos casos en que no se quiera ductilidad como en las camisas interiores de las hormigoneras, molinos de bolas, algunos tipos de estampas de estirar y en las boquillas de extrusión. También se utiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricación de fundición maleable.

Fundición nodular

Al encontrarse el carbono en forma esferoidal, la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar; esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de fusión sin necesidad de tratamiento térmico posterior. Además los nódulos presentan una forma más esférica que los aglomerados de grafito, más o menos irregulares, que aparecen en la fundición maleable.

El contenido total en carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación, debido a la presencia de pequeñas cantidades de alguno elemento de aleación formadores de nódulos, normalmente magnesio y cerio, los cuales se adicionan al caldero inmediatamente antes de pasar el metal a los moldes.

La cantidad de ferrita presente en la matriz en bruto de colada depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento. Las fundiciones ferríticas son las que proporcionan la máxima ductilidad, tenacidad y Estas fundiciones, bien en bruto de fundición o tras haber sufrido un normalizado, pueden presentar también una matriz constituida en gran parte por perlita

Fundición maleable

La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono, constituye la base de la fabricación de la fundición maleable. La reacción de descomposición se ve favorecida por las altas temperaturas, por la presencia de impurezas sólidas no metálicas, por contenidos de carbono más elevados y por la existencia de elementos que ayudan a la descomposición del Fe3C.

La maleabilización tiene por objeto transformar todo el carbono que en forma combinada contiene la fundición blanca, en nódulos irregulares de carbono de revenido (grafito) y en ferrita. Industrialmente este proceso se realiza en dos etapas conocidas como primera y segunda fases de recocido.

En la primera fase del recocido, la fundición blanca se calienta lentamente a una temperatura comprendida entre 840 y 980ºC. Durante el calentamiento, la perlita se transforma en austenita al alcanzar la línea crítica inferior y, a medida que aumenta la temperatura, la austenita formada disuelve algo más de cementita.

La segunda fase del recocido consiste en un enfriamiento muy lento al atravesar la zona crítica en que tiene lugar la reacción eutectoide. Esto permite a la austenita descomponerse en las fases estables de ferrita y grafito. Una vez realizada la grafitización, la estructura no sufre ninguna nueva modificación durante el enfriamiento a temperatura ambiente, quedando constituida por nódulos de carbono de revenido (rosetas) en una matriz ferrítica. Este tipo de fundición se denomina normal o ferrítica.

Bajo la forma de rosetas, el carbono revenido no rompe la continuidad de la matriz ferrítica tenaz, lo que da lugar a un aumento de la resistencia y de la ductilidad. Si durante el temple al aire se consigue que el enfriamiento a través de la región eutectoide se realice con la suficiente rapidez, la matriz presentará una estructura totalmente perlítica.

Si el enfriamiento en la región eutectoide no se realiza a la velocidad necesaria para que todo el carbono quede en forma combinada, las zonas que rodean los nódulos de carbono de revenido estarán totalmente grafitizadas mientras que las más distantes presentarán una estructura totalmente perlítica, debido al aspecto que presenta estas estructuras al microscopio, se conocen como estructura de ojo de buey .
Este tipo de fundición también puede obtenerse a partir de la fundición maleable ferrítica mediante un calentamiento de esta última por encima de la temperatura crítica inferior, seguido de un enfriamiento rápido.

TRATAMIENTOS

Se denominan así los procesos a que se someten los metales con el objeto de mejorar sus propiedades mecánicas. Pueden clasificarse en cuatro grandes categorías: tratamientos térmicos, termoquímicos, mecánicos y superficiales.

TRATAMIENTOS TERMICOS

Consisten en someter los metales y las aleaciones a procesos de calentamiento y enfriamiento con objeto de variar su estructura cristalina y su constitución, pero no su composición química. En este grupo se incluyen el recocido, el normalizado, el temple y el revenido.

Recocido

El material se calienta hasta una determinada temperatura, se mantiene en ella un cierto tiempo y mas tarde se deja enfriar lentamente. De este modo, se consiguen eliminar anomalías estructurales que lo endurecen y puede ser mecanizado con facilidad.

El enfriamiento lento se logra dejando dejando las piezas en un horno de mufla y regulando la temperatura hasta que alcance la del medio ambiente, o bien recubriéndolas con arena o cenizas calientes en un horno de cámara abierta.

Existen distintos tipos de recocido, según los resultados que pretendan obtenerse: homogeneización, regeneración y estabilización.

El recocido de homogeneización se aplica a metales que poseen alguna soldadura defectuosa para homogeneizar sus propiedades.

El de regeneración se utiliza en aleaciones anormalmente duras por haber sufrido un enfriamiento demasiado rápido

El de estabilización consigue eliminar tensiones internas de los metales y las aleaciones que han sido previamente sometido a forja o laminado.

Normalizado

Es un tratamiento térmico similar al recocido del que sólo se diferencia en la velocidad de enfriamiento, que en este caso es mas elevada. Para ello, se sacan las piezas del horno y se dejan enfriar al aire libre.

El proceso es más rápido que el recocido, pero no consigue la misma dureza y sólo se utiliza en aceros no aleados.

Temple

El acero se calienta a una temperatura elevada para, a continuación, someterlo a un proceso de enfriamiento rápido. De este modo, se consigue una estructura de la superficie del metal anormalmente dura. Esta dureza se debe a la tensión a que quedan sometidos los cristales por la deformación de su estructura cristalina, ya que el proceso de enfriamiento rápido les impide alcanzar un equilibrio estable.

Para llevar a cabo el temple de una pieza se han de tener en cuenta diversos factores, como la composición del acero o de la aleación, la temperatura a la que hay que calentar, el tiempo de calentamiento, la velocidad de enfriamiento y los medios empleados para enfriar la pieza.

Según estas características, distinguimos diferentes tipos de temple, entre los que se encuentran el temple martensíco, el temple de precipitación y el temple superficial.

El temple martensíco debe su nombre a la martensíta, aleación muy rica en carbono que se forma en la superficie del material durante el proceso de enfriamiento rápido y que se caracteriza por su extrema dureza y fragilidad.

Se aplica a los aceros.

El temple de precipitación se denomina así porque el enfriamiento provoca la precipitación de un compuesto químico que pone en tensión los cristales del metal y los endurece.

Se aplica a las aleaciones de aluminio, magnesio y cobre.

El temple superficial se consigue un calentamiento muy rápido, de modo que solo una capa muy delgada de la superficie consiga la temperatura adecuada, seguida de un enfriamiento rápido. Para la fase de calentamiento puede utilizarse una llama o bien corrientes de inducción.

Así, se logra un temple martensíco solo en la capa externa sin que la parte interna de la pieza sufra ninguna trasformación. El material que se obtiene resulta tenaz, resiliente y resistente al desgaste.

Se aplica a piezas que en su trabajo están sometidas a un gran rozamiento superficial, golpes bruscos y vibraciones, como los engranajes, los bulones, punzones, etc.

Revenido

Las piezas se calientan a una temperatura inferior a la del temple para transformarlas en formas mas estables y, a continuación, provocarles un enfriamiento rápido. LO que se consigue con este tratamiento es mejorar la tenacidad a costa de disminuir la dureza de las piezas templadas.

Los factores que hay que tener en cuenta son la temperatura de calentamiento y el tiempo de permanencia en ella: cuanto más se acerque a la temperatura de temple y más tiempo se permanezca en ella, mayores serán el reblandecimiento y la mejora de la tenacidad.

EL revenido es un tratamiento que se aplica solamente a los materiales templados con el fin de eliminar la fragilidad y las tensiones internas.

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

Son procesos de calentamiento y enfriamiento de los metales, a la vez que se les aporta otros elementos con el fin de modificar su composición química superficial. DE este modo, se consigue aumentar la dureza superficial sin modificar la ductilidad, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión del material.

Entre los principales tratamientos termoquímicos están la cementación, la nitruración, la cianuración y la sulfinización.

Cementación

SE aumenta la cantidad de carbono en la capa superficial de la pieza se acero, con lo que se logra su endurecimiento.

Este tratamiento se aplica a las piezas que deben ser resistentes al rozamiento y a los golpes, para dotarlas de dureza superficial y resiliencia.

Nitruración

Se incorpora nitrógeno a la estructura cristalina superficial para provocar su endurecimiento.

Se aplica a piezas de acero y fundición, como brocas, sierras cigüeñales, etc., a las que confiere una dureza y una resistencia al desgaste superiores a las obtenidas por cementación.

Cianuración

En este tratamiento se emplean el carbono y el nitrógeno, por lo que puede considerarse una combinación de los dos anteriores.

Se aplica tanto a los aceros al carbono como a los aceros aleados.

Sulfinización

Se incorporan azufre, nitrógeno y carbono a la superficie de los metales.

Así, se consigue que su resistencia al desgaste y al corrosión sea muy superior a la de los procesos anteriores.

TRATAMIENTOS MECÁNICOS

Son operaciones de deformación permanente de los metales mediante esfuerzo mecánico. Estos tratamientos mejoran la estructura interna al eliminar posibles fisuras y cavidades internas, y homogeneizar el metal. Pueden llevarse a cabo en frío o en caliente.

Tratamientos mecánicos en frío

Los más conocidos son la laminación, la estampación en frío, el estirado y el trefilado.

Se emplean en la obtención de chapas, hilos y cables.

Tratamientos mecánicos en caliente

Los más conocidos son la forja, la estampación en caliente y la extrusión.

Se utilizan para fabricar herramientas y en artesanía.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Como su nombre indica, consiste en la mejora de las cualidades superficiales de los metales. Los más conocidos son la metalización y el cromado duro.

Metalización

Se proyecta un metal fundido sobre la superficie de otro para conseguir dar a la superficie del metal base las características del metal proyectado.

Se emplea para aumentar la resistencia al desbaste o a la corrosión.

Cromado duro

Se efectúa mediante un proceso electrolítico especial para lograr que la capa de cromo sea de mayor espesor que la que se obtiene en los tratamientos decorativos.

La capa así conseguida aporta al metal base algunas características del cromo, como el menor coeficiente de rozamiento y la mayor resistencia al desgaste.

OXIDACIÓN Y CORROSIÓN

Los dos componentes básicos del aire atmosférico son el nitrógeno (79%) y el oxígeno (21%). El nitrógeno es un gas muy poco activo, pero el oxígeno es el responsable de la mayoría de los procesos químicos que tienen lugar en los materiales expuestos a la intemperie.

-En ambiente seco y cálido, el oxígeno provoca la oxidación de muchos materiales.

-En ambiente húmedo, lo que se produce es la corrosión.

Aunque la mayor parte de los materiales se oxida en contacto con el oxígeno, vamos a dirigir nuestro estudio hacia la oxidación y la corrosión de los materiales.

LA OXIDACIÓN

Desde el punto de vista químico, la oxidación es una reacción en la cual el elemento que se oxida cede electrones al elemento oxidante.

Aunque el más popular de los oxidantes es el oxígeno (O2 ), la oxidación de los metales puede ser provocada por otras sustancias como el cloro (Cl2), el bromo (Br2), el azufre (S), el hidrógeno (H2), el yodo (I2), etc.

En algunos metales, como el cobre, el níquel, el estaño, el aluminio o el cromo, el proceso de oxidación depende de la temperatura.

-A temperatura ambiente, la capa de óxido que los recubre es compacta. Esto impide el contacto del metal con el agente corrosivo y evita que continue la oxidación.

-Si la temperatura se eleva, se puede producir un agrietamiento de la capa de óxido y una difusión del oxigeno a través de ella, con lo que la oxidación llega al interior del metal.

LA CORROSIÓN

Se denomina así la destrucción lenta y progresiva de un material producida por el oxígeno del aire combinado con la humedad.

Los procesos de corrosión son procesos electroquímicos, ya que en la superficie del metal se generan micropilas galvánicas en las que la humedad actúa como electrólito.

Por consiguiente, se producen dos reacciones químicas simultáneas: una reacción anódica y una reacción catódica.

-La reacción anódica tiene lugar en la superficie del metal, que actúa como ánodo y cede electrones, con lo que se forma el óxido correspondiente.

-La reacción catódica consiste en la captura de los electrones por los radiales y el posterior desprendimiento de hidrógeno gas.

Los agentes corrosivos más habituales son el cloruro de sodio, presente en el agua del mar, y el dióxido de azufre que se produce en las combustiones.

La corrosión puede ser uniforme, localizada e intergranular.

Corrosión uniforme

El espesor de la zona afectada es igual en toda la superficie del metal. Al disminuir el espesor de la pieza, también decrece su resistencia mecánica.

Es el caso típico de los metales atacados con ácidos.

Corrosión localizada

Produce picaduras, hoyos y surcos en la superficie del metal. En este tipo de corrosión, disminuye la capacidad de deformación y es muy difícil de prevenir.

Corrosión intergranular

El ataque se localiza en la unión de los granos de los constituyentes de los metales y provoca pérdida de cohesión entre ellos.

El metal puede llegar a desintegrarse totalmente sin que se aprecie ninguna alteración superficial.

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

Como los tratamientos superficiales no alteran las propiedades mecánicas del metal base, cuando se desea protegerlo de la corrosión, se recurre a diferentes técnicas de recubrimiento.

Los diferentes métodos empleaos pueden clasificarse en varios grupos y subgrupos.

Modificación química de la superficie

Es uno de los métodos denominados de capa o barrera, y consiste en la creación, por procedimientos químicos de una capa protectora o capa de conversión sobre la superficie del metal que se desea proteger. En este grupo distinguimos el cromatizado, la fosfatación y la oxidación anódica.

El cromatizado y la fosfatación se consiguen mediante tratamientos químicos, mientras que la oxidación anódica se lleva a cabo en un proceso electrolítico.

Cromatizado

Se aplican soluciones que contienen ácido crómico o algún derivado con el fin de provocar la aparición de una capa de óxido compacta en la superficie del metal que impida su corrosión. Esta capa puede tener un espesor que oscila entre 0,01 y 1 *. Esta característica depende de la resistencia a la corrosión que se quiere generar.

Se emplea en el hierro y como protección adicional en los recubrimientos electrolíticos del cinc, el cobre, la plata y el estaño.

Fosfatación

Se aplican soluciones de ácido fosfórico y de fosfatos de cinc, cadmio o manganeso para originar la aparición de una capa de fosfatos metálicos en la superficie del metal que le protege contra la humedad por ser insolubles en el agua.

Se emplea generalmente como subcapa en el hierro y el acero cuando éstos han de ser posteriormente pintados o plastificados.

Oxidación anódica

Consiste en la creación de una capa de óxido metálico compacto superior a la que se produce por oxidación natural. Para ello, se emplean

procedimientos electrolíticos.

En el ámbito industrial, este tratamiento se aplica fundamentalmente al aluminio. El material que se obtiene se denomina aluminio anodizado.

El proceso de anonizado del aluminio se lleva a cabo en baños de ácidos (sulfúrico, crómico o fosfórico), aunque el de mayor aplicación es el ácido sulfúrico por ser el que consume menos energia en el proceso. Se consiguen así espesores de 30* que confiere al material una resistencia a la abrasión y al desgaste del orden de 200 a 400 veces superior a la obtenidas por los métodos de cromatizado y fosfatación.

La capa de óxido de aluminio así conseguida queda fuertemente adherida al soporte, aunque presenta cierta porosidad, por lo que debe aplicarse un ultimo tratamiento que consiste en sumergir la pieza en agua hirviendo para que la capa de óxido se compacte e impermeabilice. Este proceso puede aplicarse también al magnesio, titanio, tantalio, vanadio y zirconio.

Por ultimo, si se cree conveniente, las piezas anodizadas pueden revestirse de una capa de pintura o barniz.

El proceso electrolítico

Se trata de la composición química de la sustancia conductora en estado liquido o fundido, denominada electrólito, cuando es atravesada por una corriente eléctrica continua.

Para conseguirlo, colocamos el electrólito en el interior de un recipiente, llamado cuba electrolítica, e introducimos en ella dos electrodos conectados a una fuente de alimentación de corriente continua. Al cerrar el circuito, los iones electropositivos presentes en la disolución -todos los iones metálicos más el hidrógeno- serán atraídos por el electrodo negativos lo serán por el electrodo positivo o ánodo.

En consecuencia, el metal que se desea recubrir siempre actuará como cátodo.

Recubrimientos no metálicos

Es otro de los métodos de capa o barrera, y consiste en aislar el metal base del medio ambiente de modo que quede protegido contra la corrosión, el calor o la electricidad. Para ello, se emplean diferentes productos: pinturas y barnices, plásticos, y esmaltes y cerámica.

Pinturas y barnices

El recubrimiento con pinturas se emplea en más ocasiones por su fácil aplicación y su economía de proceso.

La capacidad protectora de la pintura depende de la adhesión de ésta sobre el metal base, por lo que es necesario eliminar de su superficie los óxidos y las grasas existentes, e incluso someter a el metal a un tratamiento previo de fosfatación.

Las pinturas utilizadas para recubrir metales están formadas por distintos componentes: aglomerante, pigmentos, disolvente y otros aditivos.

-De la naturaleza del aglomerante depende el tiempo de secado.

-Los pigmentos aportan los agentes colorantes estables.

-El disolvente homogeneiza la mezcla.

-Los otros aditivos mejoran las cualidades de los demás componentes, pues favorecen su disolución o aumentan la cohesión en el secado.

Junto con las pinturas, puede aplicarse alguna laca o barniz como protección adicional o para mejorar su aspecto de acabado. Estas sustancias son soluciones de ce4lulosa (resinas o polímeros) y no suelen contener pigmentos.

Plásticos

Los recubrimientos plásticos son muy resistentes a la oxidación, no conducen la electricidad y suelen ser muy flexibles. Su principal inconveniente es su escasa resistencia al calor.

El más empleado es el PVC sobre todo para el recubrimiento de chapa de acero. Además de este producto, se usa una gran gama de plásticos, como resinas, poliéster, poliamidas, acrílicos, etc., especialmente para recubrir componentes electrónicos.

Esmaltes y cerámicas

Los esmaltes y las cerámicas, además de ser anticorrosivos, se caracterizan por su resistencia a las altas temperaturas y a la abrasión, por lo que se emplean para revestir partes de motores térmicos.

Para su obtención se utilizan diferentes materiales, como los óxidos de carácter ácido -la sílice y la alúminia-; los fundentes de carácter básico -el carbonato de sodio, muy refractario-; los agentes estabilizadores y, por ultimo, los óxidos metálicos que les imprimen el color.

En el proceso de recubrimiento se fundirán estos materiales a elevadas temperaturas sobre la superficie que se desea proteger.

Recubrimientos metálicos

Para lograr que la capa protectora tenga carácter metálico, es necesario recurrir a procedimientos de índole diversa, como la electrodeposición y la electroforesis (electrolíticos), la inmersión en caliente (físico-químico) y la difusión o cementado (termoquímico).

Técnicas electrolíticas de recubrimiento

Las técnicas electrolíticas que se emplean para el recubrimiento de objetos reciben el nombre genérico de galvanotecnia. En este gran grupo se incluyen dos procedimientos básicos que pueden adoptar diferentes modalidades de trabajo: la galvanoplastia y la galvanostegia.

-Con la galvanoplastia, se obtienen objetos de superficie metálica a partir de moldes o matrices no conductores, como yeso, madera, cera, plástico, etc. Para conseguirlo, se han de recubrir estos moldes con algún material que haga que su superficie sea conductora. El más empleado es el grafito. Esta técnica se utiliza para reproducir planchas tipográficas, medallas, estatuillas, etc.

-Con la galkvanostegia, se recubre la superficie de objetos metálicos con una fina capa de otro metal que se adhiere al sustrato o metal base.

Electrodeposición

Se trata de un procedimiento electrlítico que consiste en conectar el objeto al cátodo de la cuba electrolítica, que tiene forma de tambor giratorio, en cuyo interior se encuentra un electrolíto, que suele ser una disolución de sales de aluminio, magnesio o titanio.

El proceso presenta diferentes modalidades según el tipo, la forma y la reactividad del material base.

-Tipo. Si las piezas son de material no conductor, se han de recubrir previamente con una capa de material conductor.

-Forma. Cuando las piezas son de tamaño pequeño (tornillos, clavos y arandelas), se dejan sueltas en el interior del tambor giratorio.

En cambio, las de tamaño mayor se fijan a sus paredes.

Los alambres y los flejes no se fijan en el tambor, sino que se les hace pasar de forma continua por el interior del baño.

-Reactividad. Para la mayor parte de los metales, el electrolíto es una solución acuosa, excepto para aquellos que reaccionan con el oxígeno del agua. En este caso, se emplea una disolución no acuosa.

Cualquiera que sea la modalidad del proceso, los iones metálicos de las sales son atraídos hacia el cátodo y se depositan sobre el objeto formando una fina película.

El tambor giratorio que constituye la cuba electrolítica va revestido de diferentes materiales, como caucho, plástico o material cerámico. Los revestidos de caucho o plástico protegen mejor las piezas, pero no soportan altas temperaturas, mientras que los revestidos de material cerámico resisten mejor el calor, aunque son mas frágiles.

Inmersión en caliente

Se trata de un proceso físico-químico que consiste en introducir el material base en estado sólido en un baño de metal fundido. Al extraer la pieza, se elimina el recubrimiento sobrante y el metal fundido solidifica. Se utiliza para recubrimiento con materiales de bajo de bajo punto de fusión.

Para garantizar una buena adherencia de recubrimiento, se ha de limpiar y decapar previamente la superficie de la pieza.

El espesor del recubrimiento determina la calidad de éste y se expresa en micras (*) o en g/m2. Una vez recubierto, en el material se distinguen tres capas: La externa, la intermedia y la interna.

-La capa externa es del metal de recubrimiento puro.

-La capa intermedia está formada por una serie de aleaciones del metal de recubrimiento y el metal base en distintas proporciones.

-La capa interna está constituida por el metal base.

Los metales base de recubrimiento más empleados suelen ser el estaño, el cinc, el aluminio y el plomo. La técnica recibe diferentes nombres según el material utilizado.

-El estaño se emplea para recubrir el hierro y el acero. La técnica se llama estañado. Como es un material no tóxico, puede utilizarse para recubrir recipientes de alimentos y conservas.

-El cinc se utiliza para proteger el acero contra la humedad y los agentes atmosféricos. La técnica recibe el nombre de galvanizado en caliente. Es muy empleada en piezas de todo tipo, tanto las de pequeño tamaño (tornillería) como las de gran tamaño (vigas, rejas, farolas y vallas protectoras). El único inconveniente radica en el tamaño de la pieza en relación con el del crisol de galvanización, que obliga en ocasiones a galvanizar por partes.

El aluminio se usa también sobre el acero y la técnica se llama aluminización. A causa de su carácter no tóxico, está sustituyendo en muchos casos a los recubrimientos con estaño. Además presenta una mayor calidad y economía de costes.

-El plomo se emplea para recubrir cables y tuberías. La técnica recibe el nombre de plombeado.

Difusión o cementado

Es un procedimiento termoquímico que se produce a altas temperaturas (entre 400ºc y 2500ºc). No emplea energía eléctrica y en él se forma una aleación superficial del metal de recubrimiento con el metal base.

El método consiste en provocar la aparición de átomos activos del material de recubrimiento para que se difundan hacia el interior del metal base. En consecuencia, es necesario conocer la estructura y el radio atómico de los átomos de ambos materiales, la solubilidad y la aleabilidad da ambos, y la posibilidad de difusión en fases sólida, liquida o gaseosa.

Los elementos más comunes empleados en difusión son el carbono y el nitrógeno, que cofieren al hierro dureza y resistencia a la abrasión, aunque no lo protegen de la corrosión. Otros elementos que sí protegen contra la corrosión so el cromo, el boro, el aluminio y el cinc

METALES NO FÉRRICOS

Los metales férricos presentan algunos inconvenientes como: la facilidad de corrosión, el punto de fusión elevado, la baja conductividad térmica y electrica y la dificultad de mecanizado. Por ello la industria utiliza los metales no férricos que pueden clasificarse atendiendo a su densidad en pesados, ligeros y ultraligeros. Pero los metales no férricos resultan más caros de obtener por:

- La baja concentración de algunos de estos metales en sus menas.

- La energía consumida

-La demanda reducida

Los metales no férricos de mayor aplicación son el cobre y sus aleaciones. Los demás casi nunca se emplean en estado puro sino en aleaciones.

EL COBRE

Ya conocido en épocas prehistóricas ya que las primeras herramientas y enseres fueron fabricados probablemente en diversos minerales, como cuprita, calcopirita y malaquita pero también puede encontrarse en estado puro.

Cuprita: Compuesta básicamente por óxido de cobre. Se presenta en masas terrosas de color rojo. Contiene un 88% de riqueza, pero es muy escasa.

del cobre.

Malaquita: Mezcla de carbonato y óxido de cobre. Se presenta en masa cristalinas de color azul y es muy buena mena de cobre.

Cobre puro: Es un metal pardo rojizo. Escaso y suele encontrarse en el fondo de algunos yacimientos de otros minerales de cobre.

Características y aplicaciones

El cobre es un metal de color rojizo, relativamente blando, de conductividad eléctrica y térmica muy elevada, dúctil y maleable.

Su elevada conductividad eléctica y su ductilidad lo hacen indicado para la fabricación de cables eléctricos y bobinados.

Como el agua y el aire no lo atacan a ninguna temperatura se suele utilizar para fabricar tubos y calderas.

Es poco resistente a los agentes atmosféricos, se recubre de una capa de carbonato llamada cardenillo que la protege de la oxidación posterior.

Es medianamente resistente a la agresión de los ácidos.

Aleaciones de cobre

El cobre puro es blando por eso se alea con el aluminio (bronce de aluminio), el cinc(latones), el estaño(bronces) y con otros metales para mejorar su dureza y resistencia a la tracción.

Bronce de aluminio: Esta compuesto pòr un 90% de cobre y un 10% de aluminio. Aumenta la dureza del cobre y es mucho más resistente a la corrosión.

Por su resistencia a los agresivos atmosféricos se utiliza en la industria para fabricar equipos expuestos a líquidos corrosivos.

Latones: Aleación de cobre con cinc. Es menos resistente que el cobre, pero soporta mejor el agua y el vapor.

Se emplea para fabricar casquillos de ajuste de piezas mecánicas.

Las aleaciones de cobre y cinc están normalizadas y se añaden nuevos metales que mejoran sus propiedades.

- Si se aumenta el porcentaje de cobre aumenta la moldeabilidad.

- Añadiendo a la aleación azufre y aluminio se mejora su resistencia a la corrosión marina.

Al añadir plomo mejora su capacidad de mecanizado.

EL ALUMINIO

Es uno de los elementos metálicos más abundantes de la corteza terrestre(8,13%).

La única Meca del aluminio es la bauxita, que es un óxido hidratado de aluminio mezclado con óxido de hierro y otros materiales. Puede llegar a contener un 65% de riqueza.

Características

Es un metal plateado, blando, de baja densidad, su conductividad eléctrica es alta, es muy dúctil y maleable.

Puede ser laminado en frío o en caliente y se obtienen tubos, barras e hilos.

Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la posterior acción corrosiva, Es por esto, por lo que los materiales hechos de aluminio no se oxidan.

Puede aumentarse su resistencia mediante el anodizado. Consiste en utilizar al aluminio como ánodo en una cuba electrolítica y así se consigue un película muy fina que lo protege de la corrosión.

Es difícil de soldar, por la capa de óxido. Para conseguirlo hay que utilizar una pistola de soldadura eléctrica.

Aplicaciones

Como es muy blando se alea con otros metales para su uso industrial, obteniendo las aleaciones ligeras.

Son más duras, tienen mayor resistencia mecánica y facilidad para el mecanizado.

Duraluminio: 95.5% de aluminio y 4.5% de cobre. Se emplea en construcción.

Aluminio-Magnesio: Se utiliza en la industria aeronáutica y naval, en la fabricación de automóviles y bicicletas.

Aluminio-silicio: Se utiliza en la construcción de motores.

Alnico: Níquel, cobalto y aluminio. Se fabrica con él imanes permanentes.

Por su baja densidad y su conductividad relativamente alta se utiliza como sustituto del cinc en cables de conducción eléctrica de gran longitud.

También es utilizado para fabricar utensilios de cocina.

EL PLOMO

Era conocido en la antigüedad pero se comenzó a utilizar a escala industrial en el s.XIX.

La principal mena es la galena, compuesta por sulfuro de plomo, de color gris metálico, blando, pesado y muy frágil.

Características

Es de color plateado, muy blando, de densidad elevada, baja conductividad eléctrica y térmica, flexible y maleable.

Puede ser laminado frío. Se oxida al entrar en contacto con el aire y pierde su brillo característico.

Es resistente a la corrosión provocada por los ácidos fuertes pero atacado por la mayoría de los ácidos orgánicos débiles.

Aplicaciones

Su elevada densidad lo hace opaco a las radiaciones electromagnéticas por lo que se usa en instalaciones médicas de radiología y centrales nucleares.

Por su comportamiento con los ácidos se utiliza para fabricar recientes que hayan de contenerlos.

Se usa en la industria del vidrio como aditivo porque le da mayor peso y dureza.

Las aleaciones de plomo y estaño se usan en soldadura blanda.

El plomo es un veneno ya que el organismo es incapaz de eliminarlo. La intoxicación de plomo y sus derivados se denomina saturnismo.

ESTAÑO

Se conoce desde la antigüedad pero se consideraba una variante del plomo.

Se extrae básicamente de la casiterita, que es un óxido de estaño pero su riqueza en estaño es muy baja.

Características

De color blanco brillante, muy blando de estructura cristalina, poco dúctil pero maleable.

Su estructura cristalina se pone de manifiesto al doblar una barra ya que se escucha el rozamiento de cristales entre si.

Puede ser laminado, es estable y resistente a los agentes atmosféricos pero puede ser atacado por ácidos y productos alcalinos.

Aplicaciones del estaño

El papel de estaño no se utiliza por su elevado coste .

Se usa para recubrimiento electrolítico de otros metales por su resistencia a la oxidación.

Es un elemento imprescindible en las aleaciones:

Bronces: proporción inferior al 25%

Metal blando: Se utiliza en la fabricación de cojinetes.

Aleaciones fusibles y soldadura blanda: Formada a base de estaño y plomo.

EL TITANIO

Su mineral más común es el rutilo, dióxido de titanio cristalizado y de la ilmenita formada por titanio y hierro.

Características

Metal de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica.

Se oxida y es atacado por los ácidos fuertes pero soporta los agentes atmosféricos.

Aplicaciones del titanio

Se utiliza para construir fuselaje de aviones, cohetes y lanzaderas espaciales por su densidad y resistencia mecánica.

Sus aleaciones son duras y resistentes. El carburo de titanio se utiliza en la fabricación de aletas de turbinas en la industria aerospacial y en herramientas de corte.

EL MAGNESIO

Sus compuestos más comunes son silicatos de magnesio y cloruros de magnesio.

Características

De color blanco brillante, ligero, blando, maleable y poco dútil. La humedad lo corroe.

Tiene gran afinidad por el oxígeno y reacciona rápidamente cuando está pulverizado.

Aplicaciones del magnesio

Se emplea en lámparas relámpago y en pirotecnia por su combustión casi explosiva.

Se usa como reductor para obtener otros metales.

Forma aleaciones ultraligeras por su densidad extraordinariamente baja. Se utilizan en la fabricación de bicicletas, automóviles y motocicletas de competición.

Según su composición la aleaciones se clasifican en: aleaciones para fundición y aleaciones para forja.

MATERIALES CERÁMICOS

INTRODUCCIÓN

Los cerámicos son compuestos o soluciones compuestas, cuyos átomos se unen químicamente mediante enlaces iónicos y covalentes. Los cerámicos son duros pero frágiles. Y tienen un alto punto de fundición y son muy resistentes a la compresión.

Los materiales cerámicos con malos conductores tanto térmica como eléctricamente, pero tienen una gran estabilidad química y eléctrica .

MATERIALES CERÁMICOS NO CRISTALINOS

Los no cristalinos son el grupo más representativo dentro de los cerámicos. Se solidifican sin cristalizar.

Vidrio: El vidrio es semejante a un líquido subenfriado. El vidrio esta formado pro la unión de tetraedros en de sílice y tiene una estructura reticular. Hay tres tipos de vidrios:

-Vidrio de silicato:

Sílice fundida, obtenida a partir de SiO2.

Tiene alto punto de fusión.

Tiene óxidos adicionales que actúan como óxidos formadores de vidrio.

La sílice se comporta como formadora de vidrios.

Los óxidos intermedios, de plomo o de aluminio no forman vidrios por si solos sino que se incorporan a la estructura reticular de los formadores de vidrio.

La adición de modificadores, como el óxido de calcio o de sodio, provocan la desvitrificación o cristalización.

Vidrios modificados:

Los óxidos modificadores rompen la red de sílice cuando la relación oxigeno - sílice se incrementan significativamente.

Vidrios no silicatados:

Vidrios producidos a partir de BeF2, GeO2, fosfato de aluminio o de boro.

Vidrios no silicatados:

  • Vidrios producidos a partir de BeF2, GeO2, fosfato de aluminio o de boro.

  • Estructura tetraédrica.

  • El vidrio de Borato (B2O3) combina unidades triangulares en forma de tetraedro.

    PLASTICOS

    ORIGEN DE LOS PLASTICOS

    Los primeros plásticos que se usaron, hace miles de años, por ejemplo el ámbar (sustancia resinosa procedente de los árboles) o los cuernos pero la importante historia de los plásticos se inicia en 1869 con el descubrimiento del “celuloide” por Hyatt; pero los verdaderos fundamentos de la industria sólo se establecen 40 años más tarde, cuando Baekeland anunció el descubrimiento de una resina a base de fenol y formaldehído denominada baquelita (explicada más adelante). Desde entonces se han ensayado materias y procesos y se han multiplicado las especialidades industriales.

    La mayoría de los plásticos se fabrican con productos químicos procedentes del petróleo crudo aunque también existen plásticos “naturales” como la celulosa.

    La estructura de los plásticos

    Si observamos como se fabrica el polietileno, podemos conocer la estructura general de los plásticos y entender sus propiedades.

    El polietileno esta formado por partes mas pequeñas que son las moléculas de etileno las cuales se componen de otras aún más pequeñas llamadas átomos.

    La molécula de etileno

    Está formada de dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno. El etileno se compone de millones de moléculas que se muven en todas las direcciones y con muy poca atracción entre sí.

    Fabricación del polietileno

    El polietileno se hace “persuadiendo” a las “inquietas” moléculas de etileno a que se junten para formar cadenas largas de moléculas de polietileno. Las sustancias químicas que proporcionan la “persuasión” se llaman catalizadores o iniciadores.

    Aunque las moléculas de etileno no tengan atracción entre sí, las recién formadas de polietileno si que se atraen y se juntan y se trenzan para formar el polietileno sólido (de alta densidad).

    Las moléculas pequeñas, como las del etileno, que se pueden enlazar de esta forma se denominan monómeros. A la cadena de monómeros se la denomina polímero y al proceso de juntar moléculas entre sí se llama polimerización.

    LOS PLÁSTICOS Y SUS PROPIEDADES

    Los tres tipos más importantes son: termoplásticos, plásticos termoestables y los elastómeros.

    Termo plasticos

    El polietileno, el cloruro de polivinilo (PVC) y el poliestireno son ejemplos de termoplásticos. Se ablandan al calentarse y se pueden moldear para darles forma, al enfriarse vuelven a endurecerse.

    Algunos ejemplos de termoplásticos

    1. POLIETILENO:

    Se le llama con las siglas PE. Existen fundamentalmente tres tipos de polietileno:

    a) PE de Alta Densidad: Es un polímero obtenido del etileno en cadenas con moléculas bastantes juntas. Es un plástico incoloro, inodoro, no toxico, fuerte y resistente a golpes y productos químicos. Su temperatura de ablandamiento es de 120º C. Se utiliza para fabricar envases de distintos tipos de fontanería, tuberías flexibles, prendas textiles, contenedores de basura, papeles, etc... Todos ellos son productos de gran resistencia y no atacables por los agentes químicos.

    b) PE de Mediana Densidad: Se emplea en la fabricación de tuberías subterráneas de gas natural los cuales son fáciles de identificar por su color amarillo.

    c) PE de Baja Densidad: Es un polímero con cadenas de moléculas menos ligadas y más dispersas. Es un plástico incoloro, inodoro, no toxico, mas blando y flexible que el de alta densidad. Se ablanda a partir de los 85 ºC. Por tanto se necesita menos energía para destruir sus cadenas, por otro lado es menos resistente. Aunque en sus más variosas propiedades se encuentran un buen aislante. Lo podemos encontrar bajo las formas de transparentes y opaco. Se utiliza para bolsas y sacos de los empleados en comercios y supermercados, tuberías flexibles, aislantes para conductores eléctricos (enchufes, conmutadores), juguetes, etc... que requieren flexibilidad.

    2. PLIPROPILENO:

    'Materiales Industriales'
    Se conoce con las siglas PP. Es un plástico muy duro y resistente. Es opaco y con gran resistencia al calor pues se ablanda a una temperatura mas elevada (150 ºC). Es muy resistente a los golpes aunque tiene poca densidad y se puede doblar muy fácilmente, resistiendo múltiples doblados por lo que es empleado como material de bisagras. También resiste muy bien los productos corrosivos. Se emplean en la fabricación de estuches, y tuberías para fluidos calientes, jeringuillas, carcasa de baterías de automóviles, electrodomésticos, muebles (sillas, mesas), juguetes, y envases. Otra de sus propiedades es la de formar hilos resistentes aptos para la fabricación de cuerdas, zafras, redes de pesca.

    3. POLIESTIRENO:

    Se designa con las siglas PS. Es un plástico más frágil, que se puede colorear y tiene una buena resistencia mecánica, puesto que resiste muy bien los golpes. Sus formas de presentación más usuales son la laminar. Se usa para fabricar envases, tapaderas de bisutería, componentes electrónicos y otros elementos que precisan una gran ligereza, muebles de jardín, mobiliario de terraza de bares, etc... La forma esponjosa también se llama PS expandido con el nombre POREXPAN o corcho blanco, que se utiliza para fabricar embalajes y envases de protección, así como en aislamientos térmicos y acústicos en paredes y techos. También se emplea en las instalaciones de calefacción.

    4. POLICLORURO DE VINILO:

    Se designa con las siglas PVC. El PVC es el material plástico más versátil, pues puede ser fabricado con muy diversas características, añadiéndole aditivos que se las proporcionen. Es muy estable, duradero y resistente, pudiéndose hacer menos rígido y más elástico si se le añaden un aditivo más plastificante.

    Se ablanda y deforma a baja temperatura, teniendo una gran resistencia a los líquidos corrosivos, por lo que es utilizado para la construcción de depósitos y cañerías de desagüe.

    El PVC en su presentación más rígida se emplea para fabricar tuberías de agua, tubos aislantes y de protección, canalones, revestimientos exteriores, ventanas, puertas y escaparates, conducciones y cajas de instalaciones eléctricas.

    5. LOS ACRÍLICOS:

    En general se trata de polímetros en forma de gránulos preparados para ser sometidos a distintos procesos de fabricación. Uno de los mas conocidos es el POLIMETACRILATO DE METILO. Suele denominarse también con la abreviatura PMMA. Tiene buenas características mecánicas y de puede pulir con facilidad. Por esta razón se utiliza para fabricar objetos de decoración. También se emplean como sustitutivo del vidrio para construir vitrinas, dada su resistencia a los golpes.

    6. LAS POLIAMIDAS:

    Se designan con las siglas PA. La poliamida mas conocida es el NYLON (NAILON). Puede presentarse de diferentes formas aunque los dos mas conocidos son la rígida y la fibra. Es duro y resiste tanto al rozamiento y al desgaste como a los agentes químicos.

    En su presentación rígida se utiliza para fabricar piezas de transmisión de movimientos tales como ruedas de todo tipo (convencionales, etc...), tornillos, piezas de maquinaria, piezas de electrodomésticos, herramientas y utensilios caseros, etc...

    En su presentación como fibra, debido a su capacidad para formar hilos, se utiliza este plástico en la industria textil y en la cordelería para fabricar medias, cuerdas, tejidos y otros elementos flexibles.

    LOS PLÁSTICOS TERMOESTABLES:

    Los plásticos termoestables son aquellos que una vez moldeados no pueden reblandecerse con el calor, ya que experimentan una transformación química llamada FRAGUADO; por este proceso las moléculas se enlazan permanentemente y el polímetro queda rígido.

    Antes del fraguado, los productos termoestables son líquidos pastosos o sólidos, pero capaces de adquirir la forma adecuada mediante la aplicación de calor y de presión.

    Estos plásticos una vez fraguados no es posible darles otra forma ni someterlos a temperaturas elevadas, puesto que sus moléculas se degradan por el calor. Los principales plásticos termoestables son:

    BAQUELITA

    MELAMINA

    UREA - FORMALDEHÍDO

    POLIÉSTER

    La Baquelita:

    También se conoce con el nombre del FENOL - FORMALDEHÍDO y con la denominación FENOPLASTOS. Se le otorga las siglas (PF), fue uno de los primeros plásticos que se obtuvieron. Se trata de un plástico oscuro, duro y frágil, de color oscuro, brillante, con aspecto metálico. Por esta razón, las piezas de Baquelita se confunden a veces con piezas mecánicas, como las empleadas en la fabricación de electrodomésticos y en la industria del automóvil. La Baquelita tiene también propiedades aislantes por lo que se emplea en la fabricación de elementos eléctricos y electrónicos: Interruptores, enchufes, placa de soporte para circuitos impresos. Al no ablandarse por el calor y por aprovechar sus propiedades aislantes tanto térmicas como eléctricas, la Baquelita también se emplea para mangos de utensilios y aparatos sometidos al calor, aparatos de mandos eléctricos, tapones.

    La Melanina:

    También se conoce con el nombre de MELAMINA-FORMALDEHÍDO porque se designa con las siglas (MF). Tiene propiedades muy parecidas a la de la Baquelita y además tiene cualidades de resistencia a los golpes y posibilidades refractarias que lo hacen apropiada para uso domestico en cocinas y como recubrimiento por sus cualidades estéticas. La Melanina es un plástico duro y ligero que se puede colorear. Se utiliza en la fabricación de elementos que requieren dureza y resistencia como vajillas, tableros de madera contrachapados o madera aglomerada.

    Urea-Formaldehído:

    Es un polímetro incoloro que se puede tintar con mas facilidades que la baquelita, es también mas duro y resalta un magnifico aislante térmico y eléctrico. Se designa con las siglas (UF). Se emplea en la fabricación de aparatos de mando y control, elementos de circuitos eléctricos, elementos decorativos, carcasa de pequeños aparatos, etc...

    Poliéster:

    También puede denominar RESINA - POLIÉSTER. Se designa con la abreviatura RP. Su principal propiedad es que polimeriza a temperatura ambiente con ayuda de un elemento químico endurecedor, lo que confiere gran facilidad para utilizarlo en elementos con un proceso de fabricación sencillo. Este tipo de plástico es rígido, duro y frágil.

    El poliéster puede obtenerse en formas de kilos. Se emplea en la fabricación de fibras sintéticas textiles, TERGAL, TERYLENE, TERLENKA. Estos tejidos son adecuados para prendas de vestir, puesto que no se arrugan, no encogen y se secan fácilmente. El poliéster mejora sus características mecánicas al ser reforzado con fibra de vidrio, lo que le convierte en un material muy resistente, empleado en la fabricación de depósitos, contenedores, bidones y piscinas.

    El poliéster reforzado con fibra de vidrio u otras fibras se emplea también en la aeronáutica y en la industria del automóvil en forma de paneles para construir carrocerías, así como tapicerías y accesorios del vehículo.

    PLÁSTICOS ELASTÓMEROS

    Destaca su elasticidad y adherencia. Los más importantes son:

    Caucho natural y sintético

    El caucho natural se extrae de la savia del árbol del caucho, haciendo una incisión en el tronco. Se utiliza para la fabricación de las ruedas de los coches por medio de un proceso industrial llamado vulcanización, que consiste en adicionar azufre y calentar el caucho a unos 140º C.

    El caucho sintético es parecido al natural pero le supera en resistencia a los agentes químicos y aislamiento térmico y eléctrico. Se emplea para la fabricación de suelas de zapato, mangueras, etc.

    Neopreno

    Es parecido al caucho artificial pero de propiedades extraordinarias. Se utiliza para la fabricación de trajes.

    Silicona

    Es un plástico de gran elasticidad, hidrófugo e inalterable a agentes químicos. Por sus cualidades dermatológica se utiliza para la fabricación de cosméticos y prótesis mamarias.

    FABRICACIÓN CON PLÁSTICOS

    Los fabricantes de productos plásticos utilizan una gran variedad de maquinaria para la elaboración de sus productos. Más abajo se describe parte de esta maquinaria.

    Moldeo por inyección

    Es el proceso de fabricación de artículos inyectando plástico fundido en un molde.

    Moldeo por compresión

    En este moldeo se emplean fuerzas considerables para comprimir una cantidad medida de polímero dándole forma entre los moldes calientes

    Conformado por vacío o transferencia

    Este es uno de los procesos empleados para fabricar artículos con lámina termoplástica.

    ENSAYOS DE DUREZA

    ENSAYOS DESTRUCTIVOS ESTÁTICOS

    Se trata de procedimientos de trabajo en los que la muestra de material analizada queda destruida. Dentro de este grupo analizaremos los ensayos de dureza (en los incluiremos también los dinámicos) y los de resistencia a diferentes tipos de esfuerzos: de tracción, de compresión, de cizalla miento, de pandeo, de torsión y de flexión.

    Ensayos de dureza por penetración estática.

    Consisten en averiguar la dureza de un material que es sometido a una presión determinada a partir de la huella que marca un penetrador. Los más empleados son loe métodos Brinell, Vickers y Rockwell.

    Método Brinell

    Emplea como penetrador una bola de acero extraduro de diámetro conocido. Al someter la bola a una carga determinada, se produce en el material una huella en forma de casquete esférico.

    El valor de la dureza (HB) es el cociente entre la carga P aplicada (en Kg.) y la superficie S de la huella (en mm2)

    'Materiales Industriales'

    DONDE :

    P: carga aplicada en N (Kgf.)

    D: diámetro del balín en mm.

    d: diámetro medio de la huella en mm.

    De este modo, la única medida que se ha de efectuar es el diámetro de la huella, ya que la carga aplicada y el diámetro de la esfera son conocidos.

    Método Vickers

    Este ensayo, derivado directamente del método Brinell, sustituye la bola de acero por una pirámide cuadrangular de diamante.

    El proceso consiste en presionar la punta de la pirámide, con un ángulo entre las caras de 136*, durante unos 20 se, con lo que queda marcada la huella en el material.

    Al igual que en el método Brinell, la dureza (DV) es la relación entre la presión P ejercida y la superficie S de la huella.

    'Materiales Industriales'

    Donde:

    DV: Dureza Vickers

    P: carga aplicada en N

    d: Diagonal media de la huella en mm.

    : Angulo formado por las caras del penetrador de diamante = 136º

    La dureza Vickers se expresa mediante el valor obtenido, seguido de las letras HV y, a continuación, el valor de la carga empleada. Así, el valor 630 HV 50 significa que al material se le ha aplicado una carga de 50 Kg. y presenta una dureza de 635 kg/mm².

    La pirámide consigue una mejor penetración, por lo que pueden efectuarse los ensayos sobre chapas de hasta 0,2 mm de espesor. Se aplica tanto a materiales blandos como a muy duros, con valores de hasta 1000 kg/mm². También permite medir la dureza superficial, gracias a la poca profundidad de la huella. Además, en ésta puede comprobarse el buen estado del penetrador.

    Método Rockwell

    Este método permite determinar la dureza del material, no a partir de la superficie de la huella, como en los casos anteriores, sino en función de su profundidad.

    El penetrador empleado depende del tipo de material. Para los materiales duros, se utiliza un diamante de forma cónica, con un ángulo de 120* en el vértice, y para los blandos, una esfera de acero.

    El ensayo se realiza en tres tiempos.

    En un primer momento, se aplica al penetrador una carga previa de unos 10 Kg.

    Esta carga provoca una huella de profundidad h0.

    Después se añade la carga adicional, que puede ser de 60, 100 ó 150 Kg., dependiendo de la dureza del material.

    La profundidad de la huella alcanza entonces el valor h0..

    Al retirar la carga adicional, el penetrador retrocede por la recuperación elástica del material.

    La huella adquiere entonces una profundidad permanente e* h1-h0.

    L a profundidad que corresponde a la deformación permanente e es la que mide la dureza Rockwell en una escala graduada. En dicha escala, cada valor de división corresponde a 2*.

    El valor de la dureza (HRC) se obtiene restando a 100 la deformación permanente e producida.

    Así cuanto más blando es el material, mayor es la profundidad e de la huella e y, en consecuencia, menor es la dureza.

    Las ventajas del método Rockwell son: deja una huella muy pequeña, es rápido y puede efectuarlo personal no especificado. Por el contrario, resulta de menor precisión que el método Vickers.

    Ensayos de tracción

    Una probeta, con una forma y unas dimensiones determinadas, es sometida a un esfuerzo de tracción en la dirección de su eje, que tiende a alargarla.

    Las probetas empleadas suelen ser de sección circular uniforme y ensanchadas en sus extremos, para poder fijarlas a la maquina universal de ensayos o a un sistema hidráulico, que son los encargados de ejercer el esfuerzo de tracción. Su longitud está calibrada para medir las deformaciones producidas por el alargamiento, y se construyen todas iguales para poder comparar los resultados de probetas fabricadas con diferentes materiales.

    Una de las formas geométricas más empleadas es la que tiene una longitud entre puntos calibrados de 200 mm y un diámetro de 20 mm.

    El ensayo de tracción consiste en someter a la probeta a una tensión o esfuerzo que tiende a alargarla. Para poder determinar la elasticidad del material a partir de los datos obtenidos, Hemos de considerar, por una parte la tensión unitaria y, por otra, el incremento unitario de la longitud.

    Diagrama de esfuerzos y deformaciones

    De los ensayos de tracción realizados en las probetas, podemos obtener información acerca del limite elástico del material, de su resistencia a la rotura, de su capacidad de alargamiento y de los procesos de estricción a que se ve sometido.

    En efecto, si representamos en una grafica la relación entre las tensiones unitarias  (en coordenadas) y los alargamientos l (en abscisas), se obtiene una curva como la de la figura

    'Materiales Industriales'

    -La parte OA corresponde al periodo elástico. En este tramo, los alargamientos son proporcionales a los esfuerzos y, al cesar la tensión a la que a la que se somete a la probeta, ésta recupera su longitud inicial.

    -La parte AB indica un período elástico-plástico en el que las deformaciones no son proporcionales al esfuerzo aplicados.

    -La zona BC representa el período plástico. Entre ambos puntos comienzan las deformaciones permanentes, es decir, al cesar el esfuerzo, la probeta ya no recupera su longitud inicial.

    Por convenio, se ha establecido como limite elástico convencional el esfuerzo que, aplicado a la probeta durante 10 seg., produce en ella una deformación permanente superior al 0,2% de su longitud inicial.

    -Si seguimos incrementando la tensión (zona D), se produce en la parte central de la probeta una contracción que se conoce con el nombre de estricción. Conforme aumenta la estricción, disminuye el esfuerzo de rotura y ésta se produce a una tensión inferior a la máxima soportada.

    Dentro de los ensayos de tracción existen dos variantes: los ensayos a diferentes temperaturas, ya que los materiales modifican sus propiedades de resistencia y de deformación en función de la temperatura, y los ensayos de fluencia, para aquellos materiales que están sometidos a esfuerzos constantes. En éstos la prueba se lleva a cabo a temperaturas distintas y durante un tiempo determinado.

    ENSAYOS DESTRUCTIVOS DINÁMICOS

    Las piezas que constituyen las maquinas o las estructuras no solamente soportan esfuerzos o cargas elásticas, sino que también están sometidas a golpes, rozamientos, cambios de sentido en las cargas, etc.

    Para conocer las características de comportamiento de los materiales en estas circunstancias, se han de someter a ensayos dinámicos, siendo los mas empleados los de resistencia al choque y los de fatiga.

    Ensayos de resistencia al choque

    En este tipo de ensayos, se utiliza unas probeta provista de una entalladura que es sometida a la acción de una carga de rotura por medio de un martillo que desplaza en una trayectoria circular.

    La energía absorbida por la probeta en su rotura se denomina resiliencia, se representa por la letra  y se mide en kgm/cm².

    El ensayo mas común se realiza con el péndulo de Charpy que dispone de tres martillos de diferente masa que desarrollan una energía de 10, 30 y 300 Kgm. Se sigue este procedimiento:

    -La probeta se coloca en el lugar previsto y el martillo se levanta hasta una determinada altura H respecto de la probeta, de modo que forme un ángulo  con la vertical.

    -El martillo se deja caer bruscamente para que choque contra la probeta y la rompa. Aquel continuará su movimiento ascendente hasta alcanzar una altura h y formar un ángulo  con la vertical.

    El martillo habrá consumido parte de su energía al romper la probeta y emplea el resto en continuar su desplazamiento hasta detenerse. Por tanto, la energía consumida en el choque será:

    *P(H-h)*Pl(cos-cos)

    donde: * energía empleada en la rotura

    P* peso del péndulo

    l* longitud del péndulo

    ,* ángulos que forman el péndulo con la vertical

    Sin embargo, en la practica, los péndulos disponen de tablas en las que se da la energía  empleada en la rotura en función del ángulo  descrito por el péndulo.

    Una variante de este procedimiento es el ensayo de Izod, que también emplea el péndulo de Charpy. En este se usa una probeta de sección cuadrangular de 10x10 mm, provista de tres entalladuras situadas en caras distintas, que se sujeta por uno de sus extremos.

    El ensayo consiste en romper la probeta por las tres entalladuras girándola sucesivamente por las tres caras. El valor de la resiliencia obtenido es el resultado de la medida de las lecturas de los tres ensayos.

    Ensayos de fatiga

    Muchos de los materiales, sobre todo los que se utilizan en la construcción de maquinas o estructuras, están sometidos a esfuerzos variables que se repiten con frecuencia. Es el caso de los árboles de transmisión, los ejes, las ruedas, las bielas, los cojines, los muelles, los engranajes, etc.

    Esta experimentalmente comprobado que, cuando un material es sometido a esfuerzos que varían de magnitud y sentido continuamente, se rompe con cargas inferiores a las de rotura normal para un esfuerzo de tensión constante.

    Este fenómeno se denomina fatiga y es el responsable de la mayor parte de las roturas aparentemente accidentales que se producen en los elementos de las maquinas y en las estructuras que las soportan. Para evitarlo, es necesario conocer las causas que lo originan.

    Si a un material se le aplican tensiones repetitivas de tracción, compresión, flexión, torsión, etc., comenzaremos por medir los valores de los esfuerzos a que están sometidas las piezas:

    -El valor máximo de la tensión a que está sometida.

    -El valor mínimo de la tensión.

    -La diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo

    -El valor medio.

    Después estudiaremos el tipo de solicitud a la que está sometida la pieza: pulsatoria, intermitente, alternativa simétrica y alternativa asimétrica.

    -Pulsatoria, si la tensión varia entre un máximo y un mínimo del mismo signo.

    -Intermitente, si la tensión varia entre 0 y un máximo.

    -Alternativa simétrica, si la tensión varia entre dos valores iguales de signo contrario.

    -Alternativa asimétrica, si la tensión varia entre dos valores desiguales de signo contrario.

    A partir de esta información, podemos conocer la influencia que ejercen todas tensiones variables (tracción, compresión, torsión, flexión, etc.) hasta producir la rotura.

    Limite de fatiga es el máximo valor de tensión a que podemos someter un material sin romperse, sea cual fuere el numero de veces que se repite la acción.

    Como norma general, del examen de las facturas se desprenden que siempre comienzan en las proximidades de un defecto. En ese punto siempre comienzan en las proximidades de un defecto. En ese punto se genera una sobretensión que provoca la aparición de una fuerza que aumenta progresivamente hasta que el material es incapaz de soportar el esfuerzo y la pieza se rompe.

    ENSAYOS DESTRUCTIVOS TECNOLÓGICOS

    Algunas veces necesitamos conocer con mucha rapidez la composición, los tratamientos o el tipo de conformación de algún material, y no es posible realizar los ensayos pertinentes para determinar su comportamiento. En este caso, se efectúan otros que no son tan rigurosos, pero pueden dar una idea aproximada sobre alguna de las cualidades que buscamos.

    Estos ensayos se denominan tecnológicos y los mas empleados son los de chispa, de plegado, de embutición y de forja.

    Ensayos de chispa

    Son ensayos de composición y están basados en la diferencia de forma, da color o del número de chispas que produce un metal al presionarlo contra una muela de esmeril

    Para efectuarlo, hemos de disponer de muestras de materiales de composición conocida, que se emplean como patrón para poder comparar.

    Este tipo de ensayo requiere, además, experiencia, poder llevarlo a cabo simultáneamente con el material patrón o disponer de fotografías que nos permitan ver similitudes.

    Ensayos de plegado

    Esto ensayos nos permiten conocer la plasticidad del material. La probeta se somete a un plegado simple, doble o doblado alternativo para observar en la parte exterior del doblado la aparición de posibles grietas. Su ausencia implica buenas características plásticas del material.

    Las probetas empleadas suelen tener forma prismática de sección rectangular, de un espesor de 30 mm, con las caras pulidas y carentes de cualquier grieta, y el ensayo se realiza en la maquina universal de ensayos.

    Plegado simple

    La probeta se apoya sobre dos cilindros separados a una distancia determinada. El mandril, de diámetro conocido, presiona la probeta hasta alcanzar el ángulo previsto o hasta que aparecen las primeras grietas.

    Plegado doble

    Se realiza sobre laminas delgadas. Estas se someten a un doble plegado hasta que las caras queden juntas (por eso se le llama de pañuelo). En estas condiciones los doblados no deben presentar grietas.

    Doblado alternativo

    Se efectúa también sobre laminas delgadas. Consiste en doblarlas en uno y otro sentido en Angulo recto, contando las veces que se dobla hasta que se produce la rotura.

    Ensayos de embutición

    En la embutición se da forma a una chapa por aplastamiento sobre una matriz. En la actualidad se emplea en la fabricación de automóviles, electrodomésticos, etc.

    Este proceso genera esfuerzos de tracción, pero también hay fluencia de material, es decir, desplazamiento de este como consecuencia de la compresión a la que se le somete. En estos casos, lo que interesa saber es la resistencia del material hasta la rotura.

    Los espesores de las chapas determinan el esfuerzo a que han de ser sometidas: hasta 2 mm espesor, se emplean esfuerzos de 200 Kg., y hasta 6 mm, esfuerzos de 20000 Kg.

    Ensayos de forja

    Establecen el comportamiento del material en los trabajos de forja. Los mas empleados son el platinado, el recalcado, el mandrilado y la soldadura.

    Platinado

    Permite determinar el grado de forjabilidad de un material.

    La pletina utilizada se calienta previamente a la temperatura de forjado y se a un ensanchamiento a base de ser golpeada con la plana o el martillo de forja hasta que aparece la primera grieta. En los aceros, pueden alcanzar hasta un valor tres veces superior al inicial.

    Recalcado

    Se lleva a cabo para determinar la calidad de los materiales empleados para la fabricación de remaches.

    Para efectuarlo, se utiliza una probeta cilíndrica, de una longitud igual al doble de su diámetro y calentada hasta la temperatura de forja. Es sometida a un acortamiento, aplastándola con golpes de martillo, hasta que aparezca la primera grieta lateral.

    Mandrilado

    Mide la capacidad de preformación de un material.

    Para realizarlo, se calienta una chapa hasta el rojo y se perfora mediante un punzón troncocónico.

    La calidad del material se valora según el diámetro del agujero obtenido hasta la aparición de la primera grieta.

    Soldadura

    Permite comprobar la resistencia de una soldadura.

    Consiste en cortar una barra en dos partes, Soldadas posteriormente y someter la soldadura a ensayos. Estos pueden ser de doblado por la unión de soldadura, de tracción o de resiliencia, utilizando el péndulo de Charpy.

    ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

    Son aquellos en los que no hay destrucción ni deterioro del material objeto de estudio. En estos no se emplean probetas sino que reaplican a las piezas acabadas con el fin de descubrir si existe en ellas algún defecto de cualquier tipo, tanto en su superficie como en su interior. Sirven para detectar fallos de conformación como grietas, rechupes o soldaduras, defectos de unión en las soldaduras y también defectos en los tratamientos térmicos.

    Analizaré los mas importantes: Ópticos, magnéticos, ultrasónicos y con rayos x.

    Ensayos ópticos

    Estudian irregularidades a través de ampliaciones a mas de 15 aumentos. Las zonas que se quiere analizar son, por tanto, muy pequeñas y, si el material es homogéneo, se considera que el resto de la estructura no examinada tendrá las mismas características.

    Estos ensayos suministran información a cerca de los constituyentes de las aleaciones, el tamaño y la forma del grano, las porosidades, las grietas microscópicas y la corrosión intergranular.

    Suele emplearse el microscopio metalográfico, que permite observar la pieza sin ser atacada por ningún reactivo, o utilizar el mas adecuado para el fin que se persigue.

    Ensayos magnéticos

    Están basados en la variación de las propiedades magnéticas del material cuando existe en el alguna perturbación estructural. Pueden ser de dos tipos: magnetoscópicos y analíticos:

    Ensayos magnetoscópicos

    Son aplicables a los materiales ferromagnéticos, es decir, a los que son buenos conductores de los campos magnéticos. Se basan en las variaciones de las líneas de fuerza de campo magnético que se producen cuando existen defectos de continuidad como grietas, rechupes o soldaduras.

    La variación de la perturbación detectada depende de la situación del defecto (si es superficial o interior), de la orientación respecto del campo magnético (si es perpendicular a el o tiene el mismo sentido) y de su tamaño.

    Los ensayos consisten en aplicar un campo magnético de gran intensidad a la pieza objeto de análisis. Este campo puede aplicarse de varios modos, que denominaremos bobina, electroimán y corriente.

    Bobina

    Se sitúa la pieza como núcleo de una bobina y se genera una corriente inducida que provoca la aparición del campo magnético.

    Electroimán

    Se emplea un electroimán que atrae la pieza. La acción de este provoca la aparición del campo magnético sobre la pieza.

    Corriente

    Se hace circular una corriente inducida de gran intensidad a través de la pieza, lo que origina la aparición del campo magnético.

    Sea cual fuere la forma de aplicación del campo, el defecto se detecta al espolvorear sobre la pieza algún polvo con propiedades magnéticas (magnetita o polvo de hierro) o pulverizado en una solución de aceite o de petróleo. El polvo se acumula en mayor cantidad en el lugar de la perturbación.

    Ensayos analíticos

    También pueden aplicarse a materiales ferromagnéticos. Se emplean para detectar defectos de continuidad en las piezas y también para determinar la composición de una aleación.

    Existen distintas variantes de aplicación:

    Sabemos que una bobina por la que circula una corriente alterna crea en su interior un campo magnético alterno.

    Pero si introducimos en su núcleo un material ferromagnético, aumentara este campo magnético y el amperímetro indicará una variación de corriente.

    El proceso consistirá en situar como núcleo de la bobina distintas piezas de la misma forma y tamaño. La variación de la intensidad de corriente nos indicara la variación de su composición o estructura.

    Si hacemos pasar a través de la pieza una gran corriente alterna, los capos magnéticos que crea en su interior originan otras corrientes llamadas inducidas que se superponen a la corriente primitiva.

    La densidad de corriente permite detectar el estado superficial de la pieza.

    Otra variante consiste en aplicar las puntas finas de un electroimán a una pieza de mayor sección que estas puntas. Esta diferencia de tamaño no influirá en el ensayo de la pieza, pero si en el estado superficial de ésta, por lo que se emplea para detectar las irregularidades superficiales.

    Ensayos ultrasónicos

    Las ondas sonoras son fenómenos vibratorios que se propagan en línea recta a través de un medio material, pero no en el vacío.

    Los ensayos ultrasónicos se basan en la diferencia de transmisión de los ultrasonidos a través de un material cuando este presenta fallos en la estructura. Las ondas mas empleadas en estos ensayos tienen una frecuencia comprendida entre 105 y 107 Khz., y pueden atravesar capas de acero de varios metros de espesor.

    Para llevar a cabo estos ensayos se utilizan básicamente dos métodos: por transmisión y por reflexión.

    Ensayo de transmisión

    Se emplea en planchas de pequeño espesor y consta de un sistema emisor de ultrasonidos y un sistema receptor situado en la parte opuesta.

    El material se sitúa entre el emisor y el receptor, y es sometido a la acción de los ultrasonidos.

    Cuando las ondas encuentran un defecto de continuidad en el material, no se propagan y el sistema receptor transforma la señal recibida en otra señal recibida en otra señal óptica o eléctrica.

    Ensayo por reflexión

    Se usa en piezas de mayor espeso y también dispone de sistemas emisor y receptor, que se sitúan en el mismo lado de la pieza.

    Cuando las ondas encuentran algún defecto estructural, son reflejadas y captadas por el receptor, que se encarga de convertirlas en señal óptica o eléctrica.

    La sensibilidad del aparato depende de la frecuencia de su empleo y es capaz de detectar la profundidad del defecto con gran precisión.

    Ensayo con rayos X

    Los rayos X (o rayos Roetngen, en honor a su descubridor) con unas radiaciones que se transmiten de forma de ondas electromagnéticas de muy poca longitud de onda. Esta característica les confiere un gran poder de penetración, por lo que pueden atravesar materiales que resultan opacos para otro tipo de radiaciones.

    El poder de penetración es tanto mayor cuanto mayor es la longitud de onda , o lo que es lo mismo, cuanto mayor es la frecuencia f, ya que son inversamente proporcionales.

    K

    =-------

    f

    Donde  es la longitud de onda

    K es la constante proporcional

    F es la frecuencia

    El ensayo consiste en lanzar una radiación de rayos X a través del material objeto de ensayo. Esta radiación, después de atravesar la pieza, debe impresionar una película fotográfica; con lo que se obtiene una radiografía de la pieza.

    -Si la pieza no presenta ninguna irregularidad, la radiación se transmite por igual en toda la pieza. La radiografía será uniforme.

    -Si existe alguna grieta, oquedad o inclusión de un material distinto, La radiación será absorbida con menor o mayor intensidad en función de la densidad de la irregularidad. La radiografía queda entonces impresionada en distintas tonalidades y puede detectarse la irregularidad

    El equipo de generación de rayos X esta formado por un tubo de rayos catódicos cuyo cátodo de volframio es alimentado a alta tensión y baja intensidad. Este emite electrones hacia el ánodo, que esta constituido por el material adecuado al espectro de rayos X que se desee y refrigerado, ya que los choques producidos por los electrones elevan enormemente su temperatura.

    Los rayos reflejados por el ánodo atraviesan la pieza e impresionan la película. El resto del equipo se protege mediante pantallas de plomo, Capaces de absorber estas radiaciones

    El inconveniente de estos ensayos radica en la elevada tensión a la que han de trabajar los equipos, ya que para analizar piezas de acero de 50 mm de espesor se necesitan tensiones del orden de 150 kv, pero para aceros de 300 mm de espesor, las tensiones deben ser superiores a 1000 kv.

    BIBLIOGRAFÍA

    -TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II

    -ENCICLOPEDIA ENCARATA 99

    -ENCICLOPEDIA LAROUSSE

    -INGENIERIA METALURGICA

    Tomo II por: Raimundo A Higgins

    -WWW.VECOM.COM

    -PAGINAS DE INTERNET VARIAS

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