Aceros y fundiciones

Aceros y fundiciones

1. Ingeniería Mecánica

Guia de Materiales.

Materiales alternativos.

2. 1) Aceros al Carbono. Tipos y Características. Ejemplos.

Un acero resulta básicamente una aleación de hierro y carbono con un contenido
de este ultimo inferior a 2,11%, que puede contener además otros elementos
aleantes que influyen más o menos en sus propiedades químicas y físicas.
Se puede clasificar a los aceros en cuatro grandes grupos:
• Aceros de Construcción
• Aceros estructurales
• Aceros para herramientas
• Aceros para usos especiales

Aceros al Carbono. Clasificación por Nivel de C:

• BAJO CARBONO %C<0,25

o Estructura: principalmente ferrítica
o Propiedades: resistencia baja a media, alta ductilidad y tenacidad. Alta
soldabilidad. Maquinabilidad: regular a excelente.
o Ejemplos: Aceros estructurales, Chapas para embutido y estampado,
Aceros para carburación, Chapas de uso eléctrico, Hojalata.

• MEDIO CARBONO 0,25 < %C <0,55

o Estructura: depende del tratamiento térmico.
o Propiedades: resistencia media a muy alta, ductilidad media a baja,
tenacidad muy variable según la estructura. En este rango de C se obtiene
la mejor combinación de resistencia y tenacidad, la templabilidad comanda
este balance.
o Ejemplos: Aceros para piezas de maquinas (ejes, árboles, bulones,
engranajes, herramientas manuales, resortes, etc.). Son los llamados
aceros de construcción mecánica.

• ALTO CARBONO %C>0,55

o Estructura: carburos en una matriz que depende del tratamiento térmico.
o Propiedades: resistencia alta, baja tenacidad y ductilidad. Resistencia al
desgaste. Soldabilidad y maquinabilidad malas.
o Ejemplos: Aceros para rieles. Aceros para resortes. Aceros para
rodamientos. Aceros para herramientas de conformado en frío de bajos
requerimientos.

3. Ejemplos de utilización.

Todos los aceros al carbono son aceros para construcciones mecánicas, son
aquellos destinados a la fabricación de piezas o elementos de maquinas, motores
o equipos mecánicos en general.

SAE 1040:
Contiene 0,40% C. Debido a que tiene una gran resistencia mecánica
distribuida homogéneamente en toda su sección, se utiliza, entre otras cosas, para
la fabricación de árboles de transmisión y ejes.

SAE 1010:
Contiene 0,10% C. Debido a que tiene una gran resistencia al desgaste
y un gran endurecimiento superficial dado por un tratamiento superficial, se utilizan
para la fabricación de planchuelas, perfiles, chapas, y toda pieza que necesite
gran resistencia al desgaste. Aceros estructurales.
La resistencia al desgaste viene dada por un tratamiento termoquímico superficial
que posibilita un gran endurecimiento de la superficie. (Fuente: Templabilidad de
P. J. Maroni)
Estos aceros tienen buena maquinabilidad, buena ductilidad y tenacidad, lo que
permite que puedan ser utilizados como aceros estructurales.

SAE 12L14:
Contiene 0,14% de C máximo, posee contenidos de P y S y plomo Pb
de 0,15 a 0,35%. Se lo denomina acero «de corte libre».
Tiene alta velocidad de mecanizado y 100% de maquinabilidad. No sirven en caso
de utilización bajo condiciones muy severas.
Se los utiliza para la fabricación de hojalata, chapas para embutido y estampado.

4. 2) Aceros Aleados. Clasificación SAE. Propiedades que otorgan los aleantes.
Ejemplos.

Clasificación por porcentaje de elementos aleantes (EA):

• BAJA ALEACION %EA<5

o De Bajo C: Aceros estructurales.

o De Medio C: Aceros de construcción mecánica, aceros para piezas
mecánicas.

o De Alto C: Aceros para herramientas, para rodamientos, para resortes, para
rieles.


• MEDIA ALEACION 5< %EA <10

o Aceros para uso Criogénico (T < –30 ºC): bajo C; 2,5 a 9 %Ni

o Aceros para alta temperatura (T > 350 ºC):aceros al Cr–Ni o Cr–Mo–V


• ALTA ALEACION
%EA>10

o Aceros inoxidables: al Cr (min. 12%), al Cr–Ni (18–8), al Cr–Mn–N.

o Aceros para herramientas: aceros de medio y alto C que poseen alguno o
varios de los aleantes Cr, Mo, V, W y Co.

o Aceros marageing: aceros de alta resistencia y alta tenacidad al Ni–Co–Mo.

o Aceros Hadfleld: aceros resistentes al desgaste aleados con Mn.

5. Clasificación AISI–SAE (American Iron and Steel Institute-Society of Automotive Engineers)

Clasificación Clases de Acero Designación

Al carbono

De bajo y mediano manganeso
De corte libre resulfurados
De corte libre resulfurados y refosforados
De alto manganeso

10XX
11XX
12XX
13XX

Aleados

Al níquel
Al níquel
Al níquel – cromo
Al níquel – cromo
Al níquel – cromo
Al níquel – cromo
Al molibdeno
Al cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al molibdeno
Al níquel – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – molibdeno
Al cromo
Al cromo
Al cromo
Al cromo
Al cromo
Al cromo – vanadio
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al silicio – manganeso
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno
Al níquel – cromo – molibdeno

23XX
25XX
31XX
32XX
33XX
34XX
40XX
41XX
43XX
44XX
46XX
47XX
48XX
50XX
51XX
50XXX
51XXX
52XXX
61XX
81XX
86XX
87XX
88XX
92XX
93XX
94XX
97XX
98XX
Al carbono y
aleados

Con boro
Con plomo

XXBXX
XXLXX
Inoxidables
Austenítico: cromo – níquel – manganeso
cromo – níquel
Ferrítico – Martensítico

302XXX
303XXX
514XXX

6. El primer digito indica la serie. Los últimos dos (tres en algunos casos) indican el
tenor de carbono. El segundo digito indica una subserie.


Propiedades que le otorgan los distintos aleantes.


Aluminio (Al): Tiene acción desoxidante. Limita el crecimiento del grano por
formación de óxidos y nitruros. Es el elemento de aleación fundamental de ciertos
aceros de nitruración.

Cromo (Cr): Aumenta la resistencia a la corrosión y oxidación. Aumenta la
templabilidad. Aumenta algo la resistencia a altas temperaturas. Mejora la
resistencia a la abrasión y al desgaste (con contenidos altos de carbono)

Cobalto (Co): Mejora la dureza en calienta al aumentar la dureza de la ferrita.

Manganeso (Mn): Contrarresta la fragilidad debida al azufre. Aumenta la
templabilidad siendo su empleo muy económico.

Molibdeno (Mo): Eleva la temperatura de crecimiento de grano de la austerita.
Aumenta la templabilidad. Contrarresta la fragilidad de revenido. Mejora la
resistencia en caliente y al creep, aumenta la dureza en caliente. Aumenta la
resistencia a la corrosión en los aceros inoxidables. Forma partículas resistentes a
la abrasión.

Níquel (Ni): Aumenta la resistencia de los aceros recocidos. Aumenta la tenacidad
de los aceros perlíticos – ferríticos (especialmente a baja temperatura). Hace
austeníticos los aceros altos en cromo.

Fósforo (P): Aumenta la resistencia en los aceros bajos en carbono. Mejora la
resistencia a la corrosión. Mejora la maquinabilidad en los aceros bajos en C.

Silicio (Si): Se usa como elemento desoxidante. Es el elemento de aleación
fundamental de la chapa magnética y de la utilizada en aplicaciones eléctricas.
Mejora la resistencia a la oxidación. Aumenta la templabilidad en los aceros con
elementos no grafitizantes. Aumenta la resistencia de los aceros de baja aleación.

Titanio (Ti): Fija el carbono en forma de partículas inertes. Reduce la dureza
martensítica y la templabilidad en los aceros con contenido medio de cromo.
Dificulta la formación de austerita en los aceros altos en cromo. Evita la perdida de
cromo en ciertas zonas de los aceros inoxidables durante calentamientos muy
prolongados.

Tungsteno (W): Forma partículas duras y resistentes a la abrasión en los aceros
de herramientas. Mejora la dureza y resistencia de los aceros a altas
temperaturas.

7. Vanadio (V): Eleva la temperatura de crecimiento de grano de la austerita
(favorece las estructuras de grano fino). Aumenta la templabilidad cuando se
encuentra disuelto. Dificulta el ablandamiento en el revenido y da lugar de una
manera muy acusada al fenómeno de dureza secundaria.


En forma general, los elementos de aleación otorgan al acero propiedades
relevantes para otras exigencias.
o Mejoras en las propiedades mecánicas: incremento de la resistencia,
incremento de la tenacidad, incremento de dureza a altas temperaturas,
incremento en el endurecimiento por trabajado en frío, descenso en la
plasticidad de aceros de baja resistencia, incremento en la resistencia a la
abrasión o capacidad de corte, disminución de la fisuración y la distorsión y
mejora en las propiedades en alta y baja temperatura.
o Mejoras en las propiedades magnéticas: incremento de la inducción
máxima, descenso o ascenso en la fuerza coercitiva y descenso en el lazo de
histéresis, y anulación de toda respuesta magnética.
o Mejoras en la resistencia al ataque químico: disminución de la oxidación en
vía húmeda, disminución de la corrosión atmosférica, disminución al ataque en
medio oxidante a elevada temperatura, y disminución al ataque de medios
reactivos (líquidos o gaseosos).

8. Ejemplos de utilización.

SAE 8620: Contiene 0,20% C, 0,5% Ni, 0,5% Cr y 0,20% Mo. Se utiliza para la
fabricación de engranajes de cajas de cambio de los automóviles dado que tiene
una gran resistencia al desgaste, una alta dureza y una alta tenacidad.
Su gran resistencia al desgaste, alta dureza y tenacidad vienen dadas por el
tratamiento termoquímico superficial que se le aplica: Cementación. Debido al
mismo, la pieza queda con una alta resistencia y alta dureza (con un 80% de C) en
la periferia y en el interior consigue una alta tenacidad (con un 20%)

SAE 52100:
Contiene 1% C y alto cromo 1,5 % Cr. Se utiliza para la fabricación de
rodamientos, dado que tiene alta resistencia a la corrosión y al desgaste, y tiene
baja tenacidad. También se utiliza para la fabricación de herramientas agrícolas.

SAE 51100 – SAE 52100:
son aceros de alta aleación y 1% C. Los aleantes
principales son: Cr, Mo, W, V. Dado que tienen alta resistencia al desgaste, alta
resistencia a la deformación y a la rotura, resistencia al impacto y dureza a altas
temperaturas, se utilizan para fabricar herramientas de corte (tornos, brocas,
fresas, brochas), herramientas de conformado (forja, extrusión, trefilado,
recalcado, embutido), moldes para fundición a presión, moldes para inyección de
plásticos, y en ciertos casos, para fabricar piezas estructurales o piezas de
maquinas.
A estos aceros, la gran mayoría de las propiedades se las dan los elementos
aleantes.

SAE 4340:
Contiene 0,40% C y como aleantes Ni, Cr y Mo. Es probablemente el
mejor acero para aplicaciones generales. Dado que tiene buena resistencia al
desgaste, buena ductilidad y tenacidad se utiliza, generalmente, para fabricar
cigüeñales, ejes, engranajes, piezas de tren de aterrizaje, etc.
Todas sus propiedades se consiguen gracias a los elementos aleantes que lleva
en su composición, las cuales son mejoradas con el tratamiento térmico de temple
y revenido (bonificado) que se le aplica.

9. 3) Aceros para altas temperaturas. Características y composición. Ejemplos.

Los aceros para alta temperatura, aquellos que deban soportar temperaturas
superiores a 350ºC, son aceros de media aleación. Son aceros al Cr – Mo o Cr –
Mo – V

Propiedades:

o Gran tenacidad a altas temperaturas
o Gran resistencia al calor
o Buena resistencia a fisuras a altas temperaturas
o Alta resistencia al desgaste en caliente

Ejemplos de utilización.


SAE H-13: Contiene 0,40% C, 1,0% Si, 5,3% Cr, 1,4% Mo y 1,0% V. Dado que
tiene gran estabilidad en el revenido, tenacidad y resistencia al desgaste en
caliente, es apto para ser utilizado en herramientas de fundición a presión,
cuchillos para cortes en caliente y en frío. Este acero es insensible al
agrietamiento en caliente, pero no debería someterse a un enfriamiento por agua
durante su uso.

SAE H-10:
Contiene 0,32% C, 3,0% Cr, 2,8% Mo y 0,5% V. Dado que tiene gran
constancia termal y buena conductibilidad de calor, y soporta refrigeración extrema
por agua, se utiliza para prensas de forja, herramientas de fundición a presión,
matrices de prensado de acero en barras, punzones, herramientas refrigeradas
con agua.

SAE H-10A: Contiene 0,32% C, 3,0% Cr, 2,8% Mo, 0,5% V y 3,0% Co. Dado que
tiene gran constancia termal y buena conductibilidad de calor, y soporta
refrigeración extrema por agua, y además, gracias al contenido adicional de Co (lo
que lo diferencia del H-10), tiene una mejor estabilidad en el revenido y constancia
termal, este acero es apto para la fabricación de prensas de forja, herramientas de
fundición a inyección de gran tamaño, matrices de prensas vías, punzones,
herramientas refrigeradas por agua.

10. 4) Tratamientos Térmicos. Características y propiedades. Ejemplos

Un tratamiento térmico consiste en una combinación de operaciones de
calentamientos y enfriamientos aplicadas a una aleación en estado sólido y
realizadas en un determinado medio, que generalmente tiene por objeto la
regeneración o modificación de la microestructura cristalina y el mejoramiento o
variación de algunas de sus propiedades físico-mecánicas, ya sea en forma total
en solo superficial.
Se debe tener en cuenta que hay dos formas fundamentales de realizar los
tratamientos térmicos:
I. Por enfriamiento continuo, donde la variable fundamental del proceso es la
velocidad.
II. Isotérmicamente, dónde la variante principal es la temperatura del proceso
en la cual se realizan las transformaciones buscadas.

Se hará una enumeración de los distintos tratamientos térmicos:

A.
De enfriamiento continuo:
I. Recocidos
a. De austenización completa
b. Subcríticos
c. De austenización incompleta
d. Oscilante
e. Doble
II. Normalizado
III. Temple y revenido

B. Isotérmicos
I. Recosido isotérmico
II. Patentado o patenting
III. Austemperado o austempering

C. Termoquímicos
I. Carburación o segmentación
II. Carbunitruración
III. Nitruración
IV. Sulfurización

11. De Enfriamiento Continuo.

Recocido


El objetivo principal es el ablandamiento y la obtención de microestructuras
uniformes muy cercanas a las “de equilibrio”. En última instancia, lo que se busca
es disminuir la energía libre del sistema, pasando al acero a un estado más
estable.
En la fabricación de piezas de acero, este sufre calentamientos cuyas
temperaturas dependen de la índole del proceso, como ser, en la zona de los 900
a 1100º C para la forja y mas de1500 ºC para el moldeo. El enfriamiento posterior,
debido a que en todos los casos se persigue la obtención de determinadas
formas, se hace generalmente sin control riguroso, dando pro resultado un acero
de estructura irregular, con crecimiento anormal del grano, endurecimientos
localizados y con tensiones internas.
Estas irregularidades o defectos se subsanan mediante el recocido, tratamiento
térmico que consiste en calentar el metal hasta temperaturas que podrán ser algo
superiores a la critica superior o menores que la critica inferior, mantenerlo el
tiempo suficiente para luego enfriarlo muy lentamente dentro del horno.

Normalizado


Se trata de tratamiento en el que las temperaturas de calentamiento alcanzadas
son de 50º C a 70º C mayores que Ac
3, y el enfriamiento se realiza en aire calmo.
Debido a este enfriamiento semirápido, se consiguen estructuras de grano mas
fino, lo que eleva algo sus propiedades mecánicas de resistencia y dureza,
mejorando sus cualidades de maquinabilidad.
Este tratamiento se aplica a piezas que han sufrido enfriamientos irregulares y
sobre calentamientos como son los casos de piezas coladas, las piezas forjadas y
las que han sufrido algún proceso de soldadura, a los efectos de homogenizar y
afinar la estructura.
El normalizado se debe efectuar como tratamiento previo al temple.

12. Temple

El temple es el tratamiento térmico de mayor importancia de los que se somete al
acero, y su objetivo fundamental es endurecerlo y aumentar su resistencia Para la
obtención de un temple correcto, en el caso de los aceros hipoeutectoides, debe
llevarse a la masa de los mismos a un estado completamente austenítico. Las
condiciones en las que se realiza el calentamiento para conseguirlo, deben ser
tales de no provocar diferencias de temperatura muy notorias entre la superficie y
el núcleo de la pieza tratada. El motivo de esta consideración es que dichas
diferencias de temperatura, sobre todo en grandes masas, dan lugar a dilataciones
desiguales, las que originan tensiones que si alcanzan valores elevados ocasionan
fisuras o grietas internas. Por ello es que se acostumbra a controlar el
calentamiento rigurosamente para producir una diferencia no mayor que 20 ºC
entre puntos que disten 25 mm, o con una duración total del proceso del orden de
una hora cada 25 mm de espesor. Esta duración depende en gran parte de la
forma en que se presenten las superficies de las piezas, ya sea oxidadas, rugosas
o pulidas, siendo más rápido el calentamiento en los primeros casos. Las
temperaturas ideales de austenización para el temple son, por lo general, de 30 ºC
a 50 ºC superiores al punto' crítico superior para los aceros hipoeutectoides, en
cambio en el caso de los aceros hipereutectoides, la austenización es incompleta
y las temperaturas de temple están ubicadas sobre el punto crítico inferior. Esto
último se debe a que no resulta práctico disolver la cementita, ya que como el
objeto de este tratamiento es el endurecimiento del acero y la cementita es la fase
más dura que contiene este material, su disolución sería incorrecta. Además,
cuanto mayor carbono disuelto contenga la austenita, más estable será la misma,
que tenderá a permanecer sin transformarse en martensita, dando origen a la
"austenita retenida". Esta zona se elige, como así también el tiempo de
permanencia en ella, de acuerdo al volumen de la pieza, al tipo de acero y a su
estado estructural, debido a que para conseguir una austenización regular es
necesaria una normal difusión del carbono. Por otra parte, dicha difusión puede
ser entorpecida por la presencia de impurezas como el azufre, el fósforo u otros
elementos que, por segregación en unos casos o por el rechazo del carbono en
otros 51 la retardan. Alcanzar mayores temperaturas en el calentamiento facilitaría
la austenización, pero provocaría un aumento en el tamaño de grano,
particularidad que proporciona un temple grosero y de mala calidad.

13. Revenido

En la condición martensítica, el acero es demasiado frágil y tiene grandes
tensiones internas que impiden su utilización en piezas de máquinas, por lo que
debe aplicarse un nuevo tratamiento térmico que aumente su tenacidad y por lo
tanto su ductilidad, sin perder demasiado la dureza y la resistencia ganadas en el
temple, y que elimine además las tensiones. Esto se logra con el revenido, que
consiste en calentar un acero previamente templado hasta una temperatura por
debajo de la crítica inferior, seguido de un posterior enfriamiento al aire. En
realidad, el revenido no es un tratamiento térmico que pueda aplicarse a un acero
en cualquier condición, sino que debe estar previamente templado, por lo que
debemos considerarlo como una segunda etapa del tratamiento de "temple y
revenido". Al tratamiento de temple y revenido se lo denomina comercialmente
"bonificado". El mejoramiento de las propiedades mecánicas depende
fundamentalmente de la temperatura alcanzada y del tiempo o duración del
tratamiento. Las temperaturas que se utilizan normalmente están entre 180 ºC y
650 ºC, siendo la temperatura elegida función de las propiedades que se desean.
El revenido a bajas temperaturas quitará las tensiones internas, otorgando algo de
ductilidad pero manteniendo prácticamente la dureza, por lo que suele
denominarse revenido de alta dureza. Si el objetivo es darle tenacidad al acero
aumentando su ductilidad, se resignará algo de la dureza lograda y el revenido
debe realizarse a altas temperaturas, designándolo como revenido de alta
tenacidad y al tratamiento de temple seguido de un revenido de alta temperatura
se lo conoce como refinación, debido a que se logran muy buenas características
mecánicas con una estructura muy fina. Una muy breve explicación de lo que
sucede en este proceso es que la activación térmica produce un aumento de la
difusión, la que origina la precipitación del carbono atrapado en la estructura
metaestable de la martensita, quitando las tensiones internas y logrando el
aumento de la tenacidad. Con respecto a la tenacidad otorgada por el revenido, se
debe tener en cuenta el fenómeno de "fragilización de la martensita revenida o
fragilidad del azul o fragilidad de los 350 ºC", que ocurre en todos los aceros como
consecuencia de este tratamiento. Cuando el calentamiento se produce entre 250
ºC y 400 ºC, la cementita que aún se encontraba sobresaturando la martensita
precipita formando una delgada película de cementita entre las placas o agujas de
la ferrita (ya que la martensita al eliminar carbono se transforma en ferrita, que
todavía posee la morfología de la martensita) una disminución de la tenacidad,
que puede ponerse en evidencia por los bajos valores obtenidos en el ensayo de
impacto sobre probeta entallada. La presencia del silicio en tenores del 0,5 % al
2%, hacen que dicha fragilidad ocurra a temperaturas más elevadas. No debe
confundirse la fragilización anterior con la llamada "fragilización por revenido o
fragilidad Krupp", la misma ocurre sólo en aceros aleados (Si, Mn, CR-NI, Cr-Mn,
Cr-Ni-Mn), especialmente en aquellos que contienen un alto contenido de
impurezas (Sb, Sn, As y P), que se exponen prolongadamente o se enfrían
lentamente en el rango de temperaturas que van desde 400 ºC a 580 ºC. A todas
las estructuras obtenidas con este tratamiento, a pesar de que no son iguales, se
las designa como martensitas revenidas.

14. Isotérmicos.

Recocido Isotérmico.


Consiste en austenizar la pieza, y colocarla rápidamente en el baño isotérmico de
sales fundidas a una temperatura del orden de los 600 a 650 ºC dejándola el
tiempo necesario para que se complete la transformación.
Tiene una cantidad de perlita mayor que de ferrita, la perlita posee una estructura
menos basta y aumentan levemente los valores de dureza de la pieza, y además
este ofrece la ventaja de ser más rápido y económico que un recocido continuo.

Patentado o Patenting.


Se lo emplea fundamentalmente como tratamiento previo o durante el trefilado de
alambres y flejes de acero de alta resistencia, con un contenido superior a 0,6% C
y de 0,9 a 1,2 % Mn. Estos aceros son de muy baja ductilidad, como consecuencia
de que en su estructura predomina la perlita laminar (cuya cementita, que contiene
6,67% C, es dura y frágil) y además tiene ferrita que es blanda y dúctil. Las fisuras
se nuclear y propagan por las laminas de cementita; por otra parte, cuando se
efectúa el trefilado, al pasar por la trefila una zona con mayor cantidad de ferrita,
se produce la rotura del material por excesiva tracción.
El tratamiento consiste en calentar el producto hasta la temperatura de
austenizacion completa, para luego enfriarlo rápidamente en un baño de plomo
fundido, cuya temperatura varia entre 400 y 600 ºC, exigiendo un control riguroso
para asegurar la transformación total de la austenita en perlita fina o ultrafina
uniforme, que le confiere mayor tenacidad y ductilidad.

Austemperado o Austempering.


Consiste en calentar el acero a la temperatura de austenizacion apropiada, y
enfriarlo rápidamente en un baño de sales fundidas a una temperatura entre 250 y
450 ºC, superior siempre en algunos grados a Ms, que es la temperatura de
comienzo de la transformación martensitica. Mantenido en este baño hasta que la
transformación finalice, el acero queda con una estructura 100% bainitica, de
aspecto acicular en forma de pequeñas agujas, y que caracteriza a un acero de
alta dureza y resistencia, pero con una mayor tenacidad que la que presentaría el
mismo acero después de un “bonificado” a igual dureza.
Este tratamiento da muy buenos resultados solo para piezas que no superan los
12 mm de espesor, ya que de otro modo se corre el riesgo de tener algo de
estructura perlitica.
Resulta aplicable con óptimos resultados para herramientas y piezas chicas de
acero con 0,6% a 1,2% C, pero resulta oneroso y lleva tiempo largo de
transformación, por lo que no se adapta para piezas grandes.
Con este tratamiento se busca evitar los inconvenientes de la fisuración y las
tensiones internas propias de las estructuras martensiticas.

15. Termoquímicos.

Cementación o Carburación


La cementación (también conocida como carburización o carburación) es un
proceso de adición de carbono en la superficie del acero exponiéndola a la acción
de agentes carbonosos o cementantes sólidos, líquidos o gaseosos, efectuándose
dicho proceso por encima de la temperatura de transformación. Después de la
carburación se somete el material al temple y generalmente a un revenido a 149 -
232 C para lograr la eliminación de las tensiones producidas por el temple. Los
métodos de carburación más corrientes son los de cementación en caja y
cementación con gas. En la carburación en caja se calienta la pieza en contacto
con compuestos carburantes sólidos de diversas clases, por ejemplo, carbón
vegetal, huesos quemados o en polvo, cuero tostado o carbón de cuero, alquitrán,
carbonatos de bario, sodio y calcio, especialmente el carbonato de bario y el
carbón vegetal. La profundidad de la corteza y la rapidez del proceso dependen en
parte de la temperatura del horno durante la operación, que es del orden de 900-
950~ C.
En la cementación con gas, se calientan las piezas en gases carburantes, tales
como metano, etano, propano y C
2O. Las temperaturas de operación y el espesor
de la corteza obtenidos son casi los mismos que en la carburación en caja.
Después de cuatro horas a unos 9250 C, el espesor de la costra es de 1 a 1,27
mm.
En la cementación con líquido se sumerge la pieza en un baño de sales fundidas
que produce una corteza análoga a la obtenida en la carburación por los
procedimientos mencionados anteriormente, pero de menor espesor, que
ordinariamente no pasa de 0,64 mm.
Para servicio pesado o severo, como en el caso de dientes de algunos
engranajes, puede ser conveniente un espesor de corteza de 1,5 a 2,3 mm.
Se puede ver que un valor seguro de proyecto de dureza de superficie del acero
carburado puede ser 600 NDB (BHN). La dureza esta comprendida generalmente
entre los limites 55 < Rc < 65 o
560 < NDB < 730
Los aceros para cementar son de bajo contenido de carbono, por ejemplo, de
0,15-0,25%.

16. Carbunitruración o Cianuración.

Aplicado con el mismo objetivo que la cementación, se lo diferencia por la fijación
o absorción simultanea de carbono y nitrógeno.
Como el proceso debe concluirse con temple y revenido, se ve facilitado en estos
casos por la presencia del nitrógeno, al disminuir la velocidad critica de temple y la
temperatura Ms de transformación martensitica, con lo que se logra una mejor
estructura.
Las mezclas carbonitrurantes son por lo general gaseosas, en las que el amoniaco
es el gas base que suministra el nitrógeno, y el gas natural, de gasógeno, o
vapores de hidrocarburos, el carbono.
Las temperaturas apropiadas oscilan en los 850ºC y la duración del proceso que
se rige por la profundidad de capa dura o obtener (0,1 a 0,6 mm), varia de media a
cinco horas.
Estos tratamientos también pueden ser realizados en baños líquidos de sales
(cianuros), en cuyo caso el proceso se denomina cianuración, siendo importantes
para este método la composición y temperatura del baño. El contenido de C de las
superficies endurecidas es menor que el producido por carburación, variando entre
0,5 y 0,8 % y los contenidos de H
2 oscilan en 0,5%.


Nitruración.


Este proceso de endurecimiento superficial utiliza al amoniaco gaseoso disociado
a la temperatura del tratamiento, como proveedor del nitrógeno atómico para la
formación de nitruros de hierro y de aluminio y cromo que son los que confieren
una gran dureza al acero. Si bien las capas duras son delgadas (raramente
superan los 0,5 mm) y los tiempos para lograrlas extremadamente largos, la
dureza alcanza valores de 1100 HV, obteniéndose los mas altos valores en aceros
llamados de “nitruración” que contiene tenores de 1% de aluminio.
La temperatura del proceso no supera los 350 ºC, y por lo tanto al no alcanzar la
crítica inferior, no se producen cambios de fase que alteren las medidas de las
piezas, por lo que pueden ser sometidos elementos terminados templados y
revenidos previamente.
La alta resistencia al desgaste de las piezas nitruradas y su buena resistencia a la
fatiga son las características sobresalientes para la elección de este tratamiento.
Este tratamiento se utiliza para piezas de motores de aviones, levas, camisas de
cilindros, vástagos de válvulas, bielas y pernos de pistón.

17. Sulfinización.

Su principal característica es la de conferir a las superficies tratadas inmejorables
condiciones de resistencia al desgaste sin aumentar su dureza.
El azufre en este caso es el elemento aportado y proviene de mezclas de sales
que lo contienen, como sulfito sódico al 12%, pero como los baños también
contienen cianuros, se incorpora algo de carbono y nitrógeno simultáneamente.
Como las capas sulfinizadas son de reducidos espesores (0,3 mm como máximo),
el proceso en una determinada pieza guarda un cierto ordenamiento, comenzando
con el mecanizado de las superficies de forma de dejar un excedente de material
de 0,02 mm para el rectificado posterior, someterlas a un calentamiento previo e
introducirlas en el baño, con lo que se previene un enfriamiento en su entorno
debiendo encontrarse a una temperatura de 565 ºC.
Las superficies de la pieza tienden a sulfinizarse rápidamente, por lo que a la hora
aproximadamente de tratadas se saturan, lográndose solo una penetración de
0,15 mm; el máximo de 0,3 mm se alcanza en más de tres horas.

18. 5) Fundiciones: Gris, Blanca, Atruchada y Nodular. Características y
propiedades. Ejemplos de Utilización.

Las fundiciones son aleaciones de hierro, carbono y silicio que generalmente
contienen también manganeso, fósforo, azufre, etc. Son de mayor contenido en
carbono que los aceros (2 a 4,5 %) y adquieren su forma definitiva directamente
por colada, no siendo nunca sometidas a procesos de deformación plástica ni en
frío ni en caliente. En general no son dúctiles ni maleables y no pueden forjarse. A
excepción de dos tipos de fundiciones que son tenaces y tienen cierta ductilidad,
como veremos más adelante.

Principales propiedades de las fundiciones en general.


• Las piezas de fundición, son en general, mas baratas que las de acero, y su
fabricación es mas sencilla dado que se emplean instalaciones menos costosas

• Las fundiciones son mucho más fáciles de mecanizar que los aceros.

• Se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones y
también piezas pequeñas y complicadas.

• Las fundiciones tienen una elevada resistencia a la compresión, una aceptable
resistencia a la tracción, una gran resistencia al desgaste y una muy buena
absorción de vibraciones.

Clasificación de las fundiciones.


• Fundición Blanca

• Fundición Maleable o Nodular

• Fundición Atruchada

• Fundición Gris:
o Laminar
o Compacto
o Esferoidal

19. Fundición Blanca.

Su composición básica es: Perlita + Cementita (Fe
3C)
Composición en %: 4% C, 0,80% Si

Las fundiciones blancas son aleaciones hierro-carbono cuyos procesos de
solidificación y de transformación se realizan de acuerdo con las leyes generales
correspondientes al diagrama hiero-carbono metaestable, y están construidas
fundamentalmente por perlita y cementita.
Estas fundiciones presentan fracturas blancas y brillantes, y en general son muy
duras, frágiles y tienen poca tenacidad.
En estas el carbono se presenta en forma de cementita, lo que, como veremos
mas adelante, la diferencia de las otras fundiciones.

Ejemplo de utilización:


La fundición blanca se usa mayormente para aumentar la resistencia al desgaste
de contenedores de cemento y molinos de bolas. A los mismos, se les hace un
recubrimiento de fundición blanca.

Fundición Atruchada.


Su composición básica es: Perlita + Cementita (Fe
3C)
Composición en %: 4% C, 0,90% Si.

Las fundiciones atruchadas son de característica y microestructura intermedia
entre las fundiciones blancas y las fundiciones grises.

No tiene aplicaciones mecánicas.

20. Fundición Maleable o Nodular.

Esta fundición sirve para fabricar piezas pequeñas de formas muy variadas y,
tenaces a la vez, ya que estas piezas tienen muchas aplicaciones en numeras
maquinas e instalaciones.
Existen dos procedimientos para fabricar la fundición maleable: uno denominado
europeo, con el que se fabrica la maleable de corazón blanco, y otro americano,
con el que se fabrica la maleable de corazón negro.

Maleable Europea (Corazón Blanco)

En este procedimiento se comienza fabricando primero piezas de fundición blanca.
Luego son envueltas con un material oxidante como mineral de hierro, óxidos o
batidoras de forja o laminación, etc., y dentro de cajas cerradas son sometidas a
un recocido a alta temperatura (900º a 1100º C) durante 3 a 6 días. Es frecuente
emplear, aproximadamente, un día en calentar, dos en enfriar y tres días en
mantener el material a temperatura.
En este recocido, la fundición blanca se descarbura al realizarse una difusión de
carbono del interior al exterior bajo la acción oxidante del mineral, cascarillas o
batidoras de hierro, que rodean las piezas, quedando convertida la fundición
blanca, que es muy frágil, en un nuevo material, muy tenaz, parecido en cierto
modo al hierro dulce.
Se le llama de Corazón Blanco por que al descarburarse, la microestructura queda
formada en gran parte por ferrita, y una mínima parte (el carbono que no se fue)
es perlita.

Maleable Americana (Corazón Negra)

En este procedimiento las piezas se envuelven dentro de cajas cerradas rodeadas
con materias neutras como la arena, en vez de ser recubiertas con materiales
oxidantes.
En este sistema la fundición no se descarbura y el carbono no emigra, sino que
durante el recocido se precipita bajo forma de nódulos de grafito, resultando
entonces un material muy tenaz, también parecido en cierto modo al hierro dulce.
Se le llama de Corazón Negro porque en su microestructura se observan cristales
blancos de ferrita y nódulos negros de grafito, los cuales son mayoría.

21. Fundición Gris.

A diferencia de la fundición blanca, la fundición gris presenta el carbono en forma
de grafito.
Hay tres tipos, de acuerdo a la forma con que se presente el grafito:
o Grafito Laminar
o Grafito Compacto
o Grafito Esferoidal.

La fundición con grafito laminar y compacto se las considera Fundición Gris
Común. Y la fundición con grafito esferoidal se la llama Fundición Dúctil.

Fundición Gris Común.

Estas fundiciones el grafito se presenta, mas generalmente, en forma laminar, y a
veces en forma compacta.
Esta fundición contiene, en general, mucho silicio. Y el carbono presente como
grafito, baja la dureza, la resistencia y el modulo de elasticidad en comparación
con los valores que corresponden a las mismas microestructuras sin grafito. El
grafito, además, reduce casi a cero su ductilidad, su tenacidad y su plasticidad.

Ejemplo de Utilización.

Esta fundición generalmente se utiliza para fabricar piezas de ornamentación,
tubos, pistones de motores a explosión y zapatas de frenos, dado que estas
fundiciones tienen una alta resistencia al desgaste y son resistentes al calor.

Para aumentarles ciertas propiedades, como resistencia a la corrosión y
resistencia a la tracción, a esta fundición se le agrega elementos aleantes como
Ni, Cr, Mo, Cu, etc.
De una forma general, se pueden clasificar las fundiciones aleadas en dos grupos:
I. Fundiciones de baja y media aleación, se caracterizan por tener pequeñas
cantidades de Ni, Cr, Mo y Cu, generalmente en porcentajes inferiores a 5%. En
general, son fundiciones de alta resistencia a la tracción. También pertenecen a
este grupo las fundiciones con 1 a 2% de Cr, que son resistentes al calor.
II. Fundiciones de alta aleación, son las que tienen más de 5% de elemento
aleado. En esta familia se agrupan las fundiciones muy resistentes al desgaste, al
calor, a la corrosión y las de alta dureza.

Ejemplos de Utilización.

Estas fundiciones se utilizan para la fabricación de Camisas de cilindros,
Tambores de frenos, Cigüeñales, Bancadas de máquinas y cilindros de laminación
en caliente, dado que las mismas tienen gran resistencia al desgaste, alta
resistencia a la tracción, alta resistencia a la corrosión y al calor, y alta dureza.

22. Fundición Dúctil.

En estas fundiciones, el grafito se presenta en forma esferoidal.
Como el carbono esta segregado bajo la forma de nódulos o esferas, disminuye la
tendencia a la fragilidad característica de la fundición gris, puesto que si bien en
las zonas metálicas las propiedades mecánicas continúan siendo las de una
aleación de alto contenido de carbono, no se presenta ahora la tendencia a la
transmisión de esfuerzos o roturas a través de las laminas de grafito. Esto se
traduce en un mejoramiento de las propiedades mecánicas, acercándose estas a
las del acero.
El proceso para la obtención de la fundición dúctil, desde el punto de vista físico –
químico, tiene 2 etapas:
1. La purificación del hierro fundido, eliminando el azufre y el oxigeno contenidos
mediante la incorporación de calcio y silicio respectivamente
2. La nodulación por medio de tratamiento de magnesio y/o cerio, todos en la
forma de aleaciones.
La principal consecuencia de este proceso es la nodulización del carbono,
manteniéndose las características distintivas de las estructuras metalográficas del
metal base. La conjunción de estos dos aspectos da lugar a un mejoramiento de
las propiedades mecánicas.
En muchos casos la fundición puede reemplazar al acero, y en función de ello son
muchas de las piezas que habiéndose fabricado en acero han pasado a ser
elaboradas en fundición dúctil.

El empleo de elementos de aleación en las fundiciones dúctiles es muy interesante
cuando se desea fabricar piezas de gran espesor que deban ser templadas o
normalizadas para conseguir altos niveles de dureza o resistencia. En esos casos
los elementos aleantes sirven principalmente para mejorar la templabilidad,
mejorándose también la tenacidad.

Ejemplos de Utilización.


Una de las aplicaciones más interesantes de estas fundiciones es la fabricación de
grandes cilindros de laminación, dado que presentan una gran resistencia al
desgaste, al calor y a la corrosión, y una elevada tenacidad.
También se utiliza para la fabricación de cigüeñales, pistones y tambores de
frenos, (con 1,4 -2% C, 1% Si, 0,7-0,8% Mn, 0,12% Cr, y 1,75-2,10% Cu) dado
que presentan una baja sensibilidad a la entalla, buena capacidad de
amortiguamiento de las vibraciones, buena resistencia al desgaste y su bajo coste.

23. 6) Cobre. Características y propiedades. Ejemplos de utilización.

Generalidades del cobre

Posee una alta conductividad eléctrica y térmica, buena resistencia a la corrosión,
buena maquinabilidad, resistencia y facilidad de fabricación. Es no magnético,
tiene un color atractivo (rojizo), se puede soldar y dar terminaciones superficiales
con revestimientos metálicos (galvanizado) o barnizado. Se pueden mejorar sus
propiedades por aleación.
Por sus propiedades, el cobre se aproxima a los metales preciosos especialmente
por su excelente resistencia a los agentes corrosivos naturales.
Desde el descubrimiento de la corriente eléctrica y el desarrollo industrial
resultante del mismo, el cobre encuentra su verdadera y primordial aplicación: la
de conductor. Indirectamente, sus propiedades conductoras de calor le abren otro
importante campo de utilización: el de los materiales intercambiadores de calor.

Resistencia a la Corrosión.

A temperatura ambiente, el cobre se recubre al aire seco de una película de Cu
2O
que protege la superficie. En atmósfera húmeda, bajo la acción de sulfuros o del
anhídrido carbónico, la película se vuelve negra o verde.
El cobre se ataca por los ácidos y los cloruros. Sin embargo, el agua de mar solo
tiene una acción superficial.
El cobre es sensible al ataque por cavitación, la sensibilidad es especialmente
grande cuando los tenores en O
2 y CO2 disueltos son elevados y los de Ca
2+
y
Mg
2+
más bajos: en estos casos desfavorecemos la velocidad del líquido debe ser
más baja que 1,2 m/s.

Tipos de Cobre Industrial. Ejemplos de Utilización.

• Cobre refinado con oxigeno o cobre electrolítico.
Llamado frecuentemente cobre tenaz o cobre electrotenaz o cobre tenaz de alta
conductividad (HC) o cobre electrolítico “tough pitch” (ETP).
El tenor mínimo de cobre es de 99,90%. Tiene una conductividad térmica y
eléctrica alta y se usa en electrotecnia, en atmósfera no reductora. Es el conductor
clásico, se suministra deformado en frío bajo la forma de alambre, cables, barras,
etc. Contiene un porcentaje medio de oxigeno de 0,04%, no se puede utilizar en
soldaduras ni aplicaciones que impliquen calentamientos por encima de los 300ºC
en atmósferas reductoras.
• Cobre exento de oxigeno con desoxidante residual.
Llamado comúnmente cobre desoxidado. Contiene un mínimo de 99,90% de
cobre, entre 0,013 y 0,050 de fósforo o entre 0,004 y 0,012. Si la cantidad de
fósforo libre permanece por debajo de 0,005 la conductividad eléctrica se
mantiene elevada. Sin embargo, existen tenores elevados de fósforos (0,04%); en
esos casos, la conductividad eléctrica es mas baja. Estos cobres pueden
embutirse, estamparse, soldarse, se emplean en la fabricación de tubos para
plomería o para intercambiadores de calor.

24. 7) Aleaciones Cobre - Aluminio

Se caracterizan porque tienen excelente resistencia a la corrosión marina,
corrosión bajo tensión y a la corrosión fatiga, resistencia a la oxidación en caliente,
buena resistencia mecánica en caliente y muy buena a temperatura ambiente y a
baja temperatura, buenas características de fricción, ausencia de chispas en el
choque, soldabilidad excelente, incluso sobre acero y aspecto atractivo.

Existen también los llamados cuproaluminios simples (aleaciones monofásicas
dúctiles en frío y aleaciones bifásicas donde aumenta la resistencia mecánica,
pero limita la deformación en frío) y aleaciones con adiciones (aleaciones
monofásicas que mejoran la resistencia de una fase por adiciones de hierro o
níquel y aleaciones polifásicas que al agregarse manganeso o hierro refuerzan las
propiedades mecánicas y al agregarse níquel mejora la resistencia a la corrosión).
Estos últimos se utilizan para las hélices marinas y los alabes de las turbinas.


Aleaciones Cobre - Níquel

Aleaciones con menos del 50% de níquel. Los Cuproníqueles propiamente dichos
tienen contenidos de níquel que varían del 5 al 44%.
Los cuproníqueles con 40-45% tienen un coeficiente de resistividad eléctrica nulo
(constantan).

Tienen facilidad de conformación en frío y en caliente, facilidad de moldeo, buenas
características mecánicas, incluso a bajas y altas temperaturas, propiedades
eléctricas especiales de los tipos con alto contenido de níquel y muy buena
resistencia a la corrosión por el agua de mar que circula a grandes velocidades.

Entre sus aplicaciones tenemos:

• Conducción de agua de mar, limpia y contaminada, estancada o en circulación
rápida.
• Protección de maderas.
• Aparatos de medida.
• Aparatos de calefacción.
• Enfundado de cables sumergidos o expuestos a atmósferas corrosivas.


Aleaciones Cobre – Berilio

Son aleaciones relativamente nuevas. Se las envejece para obtener una muy alta
resistencia. Cuando se las trata térmicamente se logra aumentar la resistencia a la
tracción, y por los valores de su límite de fatiga se convierte en un excelente
material para resortes. Sin embargo, debido al alto costo de las mismas sólo se
usa para resortes pequeños y de larga duración.

25. Propiedades mecánicas: son muy elevadas (puede soportar los 1400 MPa) y se
mantienen hasta los 300 ºC. Tiene una alta dureza y tenacidad, elevado limite de
fatiga. El Be tiene menor densidad que el Al, pero su punto de fusión es mucho
mas elevado (1280 ºC), es muy escaso y caro.

Aplicaciones: resortes arandelas, relés, membranas, herramientas antichispa,
piezas magnéticas, etc.


Aleaciones Cobre – Silicio

Esta aleación de cobre – silicio, contiene menos del 5% de silicio y es la mas
resistente de las aleaciones de cobre que se pueden endurecer por deformación.

Tiene las propiedades mecánicas del acero de maquinaria (alta resistencia, buena
ductilidad y una excelente tenacidad) y la resistencia a la corrosión del cobre.

Se utiliza en tanques, recipientes a presión, y líneas hidráulicas a presión.

26. 8) Los Latones

Son aleaciones a base de cobre y zinc, contienen de 5 a 46% de este último metal
y eventualmente, varios otros elementos en pequeñas proporciones.
El color agradable de los latones, que varía del rosa al amarillo para contenidos
crecientes de zinc, su buena resistencia a la corrosión y su aptitud para
tratamientos superficiales (barnices transparentes, pátinas, recubrimientos
diversos), permiten realizar económicamente objetos de bello aspecto, de larga
duración y de mantenimiento fácil. Pueden ser colados, trabajados en frío o en
caliente según su composición. Son fácilmente estampados, embutidos o
mecanizados.

Dentro de este grupo de aleaciones, se distinguen:

1. Latones simples.
2. Latones aleados.


Latones simples


Son los latones industriales, que se dividen en latones hasta 33% de Zn, que son
muy maleables en caliente y en frío y cuyas propiedades mecánicas aumentan
con el porcentaje de cinc y con la deformación en frío; y en latones que tienen de
33% a 45% de Zn, donde las propiedades varían con el porcentaje de una fase,
por encima de 455ºC pueden ser trabajados y por debajo de esta temperatura la
perdida de ductilidad es compensada por un aumento de la resistencia mecánica y
un buen mecanizado. Los Latones Binarios tienen características muy específicas
y sus aplicaciones están relacionadas con el porcentaje de zinc que contenga la
aleación. Se utilizan en:

• Bisutería de fantasía.
• Fundas de balas.
• Aplicaciones industriales.
• Instrumentos musicales.
• Telas metálicas.
• Radiadores de automóviles.
• Accesorios de fontanería sanitaria.


Latones aleados


• Los Latones Binarios o Latones Propiamente Tales
• Los Latones Con Plomo
• Los Latones Especiales

27. Latones Binarios Cobre – Zinc

Los latones binarios tienen características muy específicas y sus aplicaciones
están relacionadas con el porcentaje de zinc que contenga la aleación. Se los
utiliza para bisutería de fantasía, discos para monedas e insignias, fundas de
balas, accesorios de fontanería sanitaria, etc.


Latones con Plomo

Los latones presentan grandes ventajas sobre todo para la fabricación de piezas
de mecánica. Sin embargo, éstas necesitan frecuentemente un maquinado
importante, por lo que se buscó mejorar la maquinabilidad de los latones
agregando reducidos porcentajes de plomo (1 a 3%). Desde el punto de vista de la
maquinabilidad, los latones con plomo están a la cabeza de todas las demás
aleaciones.

El plomo se encuentra bajo la forma de glóbulos que provocan la fragmentación de
la viruta y disminuyen el rozamiento de la herramienta sobre la pieza, desde el
punto de vista de la maquinabilidad, los latones con plomo están a la cabeza de
todas las demás

Aplicaciones de los latones con plomo:

• Piezas roscadas para electrotecnia
• Relojería
• Válvulas para bicicletas
• Elementos mecánicos diversos
• Marcos de puertas, ventanas y vitrinas


Latones Especiales

Los latones especiales se obtienen añadiendo uno o más elementos a los latones
simples con el fin de mejorar las características de estos.
Los elementos utilizados industrialmente, además del plomo, son el estaño,
aluminio, manganeso, hierro, níquel, silicio y, en pequeñas proporciones, arsénico.
Estos elementos se agregan para mejorar las propiedades mecánicas y aumentar
la resistencia a ciertas formas de corrosión.

Por sus características, los latones especiales son utilizados en la fabricación de:
tubos de condensadores, tubos de evaporadores y de intercambiadores de calor,
tuberías para aire comprimido e hidráulica

Con el agregado de pequeñas proporciones de estaño se logra una gran
resistencia a la corrosión del agua de mar, llamándose a éste latón almirantazgo.
La hélice naval de latón de alta resistencia, es una aplicación de latón especial.

28. Los Bronces

Los auténticos bronces son aleaciones de cobre y de estaño, con contenidos que
varían del 2 al 20% de estaño, ya que por encima de esta proporción el material se
vuelve frágil. Se caracterizan por una buena resistencia, tenacidad, y resistencia al
desgaste y a la corrosión. Por todo ello se utilizan en engranajes, rodamientos y
elementos sometidos a grandes cargas de compresión.
Existen dos tipos de Bronces:
• Bronces Simples.

Están descriptos por el diagrama de equilibrio Cu-Sn.























Industrialmente, los bronces no exceden el 20% de estaño, se exceptúan el
bronce para campanas (20–25%Sn) en los que la fase
δ, dura y frágil, da una
buena sonoridad, y el bronce para espejos (30–35%Sn). Los bronces industriales
se dividen por consiguiente en dos categorías:

o Bronces α: son dúctiles en caliente y en frío, sus propiedades mecánicas
aumentan con el porcentaje en estaño y la proporción de deformación en frío.

o Bronces δα+: es el caso general de aleaciones para fundición y cuyas
propiedades varían con el porcentaje de fase δ.

29. • Bronces con Adiciones.

o Bronce al fósforo (CuSn
8P). Contiene 90% de cobre, aproximadamente10 %
de estaño y se agrega alrededor de un 0,3% de fósforo que actúa como
endurecedor, formando con el cobre el compuesto Cu
3P duro y frágil, que mejora
la resistencia mecánica.
El bronce fosforoso tiene alta resistencia y tenacidad, buena resistencia a la
tracción y resistencia a la corrosión. Se utiliza en la fabricación de bombas,
engranajes, resortes y rodamientos, roldadas de seguridad, chavetas y discos de
embrague.

o Bronce al plomo. El plomo es insoluble en la aleación. Hasta un 7% mejora
la aptitud al mecanizado y a la estanqueidad. Por encima, hasta el 30%, las
aleaciones se usan para resistir al desgaste.
Estos bronces se utilizan para la fabricación de cojinetes. Los cojinetes que se
utilizan para soportar pesadas cargas tienen alrededor de 80% de cobre, 10% de
estaño y 10% de plomo. Para cargas más ligeras y velocidades mayores el
contenido de plomo aumenta. Un cojinete típico de esta clase puede contener 70%
de cobre, 5% de estaño y 25% de plomo.

o Bronce al cinc (CuSn
5Zn4). Tiene 2 % de zinc, el cinc facilita la desoxidación,
mejora la colabilidad y ductilidad. Además con el agregado de plomo (<6%), este
bronce se usa en griferia o válvulas de agua, vapor y petróleo. Además, se usa en
coladas, al tener buena resistencia a la tracción y a la corrosión por agua de mar,
se utiliza en buques, para guarniciones de tuberías y piezas de bombas.

o Bronce al manganeso. Tiene 60% de cobre, 40% de cinc y manganeso hasta
3,5%. Es altamente resistente a la corrosión del agua de mar, por esto se utiliza en
la fabricación de hélices de barcos y torpedos.

30. 9) El Níquel

Metal pesado que se obtiene de un mineral llamado garnierita. Posee una gran
resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas, es maleable y
blando, y es buen conductor de la electricidad y el calor.

Es utilizado para otorgar resistencia a elevadas temperaturas y a la corrosión, y
resistencia en general, a una amplia gama de aleaciones ferrosas y no ferrosas.
Se utiliza en 2/3 de la producción de acero inoxidable para mejorar la soldabilidad,
resistencia a la corrosión, conformabilidad, resistencia a la oxidación a
temperaturas elevadas y a bajas temperaturas, y la resistencia para el trabajado
en frío. Tiene la propiedad única de tener la capacidad de disminuir la temperatura
a la cual el acero se vuelve quebradizo. Es útil en el campo del transporte y
manejo de gases licuados y en maquinaria y estructuras que actúan a bajas
temperaturas. Utilizado con otros aleantes permite el desarrollo de la dureza
óptima, resistencia, ductilidad y características de procesos.

Se utiliza también para la fabricación de bombas hidráulicas, válvulas,
recubrimientos y sobre todo en la construcción de cables eléctricos, por su
capacidad conductora de electricidad.

Los principales aleantes del níquel son el cromo, el molibdeno y el cobre. Las
principales aleaciones que se forman con el cobre son bronce, latón y otras.


Aleaciones de níquel


Ni – Ag: Se utilizan por su color, resistencia a la corrosión y elevadas propiedades
en aplicaciones como elementos planos, elementos desnivelados y equipos de
comunicación
Se utiliza como revestimiento en recipientes e instrumental de medida por su bajo
porcentaje de dilatación.

Ni-Cu (67%-30%): utilizado donde es requerida fuerza y resistencia a la corrosión:
equipos químicos, farmacéuticos, marinos, eléctricos, textiles. Útil contra muchos
agentes corrosivos como agua de mar, ácido sulfúrico diluido y soluciones
cáusticas fuertes.

Ni-Cu-Si (63%-30%-40%): utilizados en aplicaciones que requieren fuerza,
resistencia a la presión y resistencia a la acción de químicos y corrosión por
frotamiento. Apropiado para cojinetes y elementos deslizantes y con movimiento.

Ni-Cr-Mo-Cu (50%-28%-8,5%-5,5%): Utilizado en piezas con maquinabilidad
donde es importante la resistencia a la corrosión, aunque también deben ser
consideradas la corrosión por erosión, desgaste y corrosión por frotamiento. Se
encuentra en elementos sometidos a la rotación o propulsión, hojas cortantes e
impulsores de bombas, donde es requerida dureza en ambientes corrosivos,

31. 10) El Aluminio

Se obtiene a partir de la bauxita es de color blanco brillante y es muy abundante
en la tierra. Posee alta conductividad eléctrica y térmica
, resistencia a la corrosión,
maleabilidad, facilidad de reciclaje y temperatura de fusión baja. No es tóxico, ni
magnético y no produce chispa.

Si bien no conduce la electricidad mejor que el cobre, su peso lo hace ideal para la
fabricación de cables trenzados con alma de acero en instalaciones industriales.

Debido a su bajo peso, el aluminio alcanza grandes valores de resistencia
específica, lo que lo hace muy útil en aplicaciones donde el peso es un factor
imperativo y se necesita reducirlo, como en la industria aeroespacial.

Por su característica de ser no magnético se lo utiliza en protecciones eléctricas,
como el caso de las cajas para barras conductoras.


Aleaciones de Aluminio

El aluminio no aleado tiene las propiedades mecánicas muy bajas, por eso se le
agregan elementos que entran como soluciones sólidas o como precipitados. Se
las puede clasificar de la siguiente manera:

- Sin endurecimiento estructural
- Con endurecimiento estructural


Sin endurecimiento estructural

Aleación Aluminio – Magnesio

El magnesio aumenta las propiedades mecánicas por formación de finos
precipitados, pero su capacidad de deformación queda disminuida. Estas
aleaciones se usan para reemplazar al aluminio no aleado cuando se requiere
leves mejoras en las propiedades mecánicas.

Sin embargo a veces se limita la cantidad de precipitados que aumentan las
propiedades de resistencia para mejoras propiedades específicas como la
resistencia a la corrosión y la soldabilidad.

Las características principales de estas aleaciones son la buena aptitud para la
deformación en caliente, un buen comportamiento a bajas temperaturas, son
fáciles de soldar y resisten bien a la corrosión.

32. Con endurecimiento estructural

Aleaciones Aluminio – Cobre

Son las aleaciones a las que se le agrega magnesio y silicio para aumentar las
propiedades de resistencia. Se las clasifica según su uso.

Aleaciones para deformación plástica
: buena resistencia a la corrosión, buena
aptitud para la deformación por embutido y a la soldadura. Se las utiliza en
carrocería para autos.

Aleaciones con resistencia mecánica elevada
: tienen composiciones muy
variables, ya que los elementos de aleación que se le agregan dependen mucho
de la propiedad de resistencia que se quiera incrementar. Por ejemplo, para
mejorar la resistencia en caliente se le agrega magnesio, níquel y hierro, mientras
que para mejorar la resistencia a la tracción y la fluencia en caliente y la
soldabilidad se le incorpora manganeso, titanio y circonio.

Aleaciones Aluminio – Silicio – Magnesio

Tienen una buena aptitud para el conformado en caliente y en frío, un buen
comportamiento a bajas temperaturas y una muy buena resistencia a la corrosión.

Aleaciones Aluminio – Silicio

Tienen una buena colabilidad, y se usan piezas poco solicitadas mecánicamente.


Tratamientos Térmicos

Los tratamientos térmicos de las aleaciones se pueden dividir en tres tipos:

• Tratamientos de homogeneización,
• Tratamientos de ablandamiento,
• Tratamientos de temple (endurecimiento) estructural.

Desarrollaremos sobre todo este último tratamiento que es muy importante y muy
específico de las aleaciones de aluminio susceptible de endurecimiento
estructural.


Tratamientos de Homogeneización

Son tratamientos que involucran un calentamiento a temperatura relativamente
elevada aplicada a algunos productos brutos de fundición o conformados en frío y

33. destinados frecuentemente a facilitar la transformación en caliente o en frío
(trefilado, estirado, laminado, forjado).


Tratamientos de Ablandamiento

Tienen por objetivo ablandar un metal o una aleación endurecida por el trabajo en
frío o el temple estructural.

En el caso del trabajo en frío los tratamientos restauran las propiedades son los
recocidos re recuperación y de recristalización. En el caso de un endurecimiento
estructural por temple es un recocido de precipitación, que consiste en un
calentamiento prolongado a una temperatura comprendida entre la temperatura de
envejecimiento y la de templado, con el objetivo de obtener un ablandamiento
importante por la evolución de los precipitados provenientes de los elementos de
los constituyentes de la aleación.

Temple

El tratamiento de temple estructural consiste en una puesta en solución sólida de
precipitados seguida de un enfriamiento rápido para mantener a temperatura
ambiente la solución formada a temperatura elevada. Luego se le efectúa un
revenido que conduce a un endurecimiento de la aleación.

34. 11) Aleaciones de Magnesio

El magnesio es un metal ligero, más que el aluminio, y su uso se basa casi
exclusivamente en su bajo peso. Sus aleaciones son fáciles de colar y
particularmente adecuadas para matrizar. La maquinabilidad es muy superior a las
de cualquier otro metal. Son aptas para soldadura por punto.

Su desventaja es su bajo módulo de elasticidad y resistencia a la corrosión
moderada, lo que obliga a utilizar grandes secciones y consecuentemente grandes
cantidades de material. Pero por suerte estas estructuras son tan livianas que
puede igual utilizarse una aleación de magnesio, ya que el peso de la misma
estructura con otro metal seria mayor.


Clasificación del Magnesio


a) Aleaciones para fundir (para moldes de fundición permanentes y de arena)

• Mg-Al-Zn
• Mg-Tierras raras-Zr
• Mg-Zn-Zr
• Mg-Th-Zr


Mg-Al-Zn: Se utilizan donde es necesaria una Buena ductilidad y moderadamente
alto límite de fluencia a temperaturas de hasta 149ºC. La fundibilidad de estos
aleantes es buena. El molde tiene gran influencia en la calidad de los aleantes.

Mg-Tierras raras-Zr: Utilizados a temperaturas de 177ºC a 260ºC. Su resistencia a
altas temperaturas excede a los AZ, con lo cual es posible una reducción de peso.
Usualmente está libre de porosidad, pero es susceptibles rechupe superficial y a
inclusiones de escoria, en comparación con el AZ. Por esto, este grupo de
aleaciones no puede ser moldeado en formas complicadas.

Mg-Zn-Zr: Desarrollan los mayores límites de fluencia de las aleaciones para
fundir y pueden ser moldeados en piezas complicadas, lo cual encarece las
aleaciones. Tienen igual resistencia a la fatiga que los AZ, pero son más
susceptibles a la microporosidad y a la figuración en caliente. También tienen
menor soldabilidad que los AZ. La adición de Torio (Th) en el caso de ZH o Tierras
raras soluciona estas deficiencias.

Mg-Th-Zr: Se utilizan a altas temperaturas: 204ºC y mayores, donde se requieren
propiedades superiores a las aleaciones del grupo anterior. Son más difíciles de
moldear que éstos porque es dificultoso controlar las inclusiones de los óxidos y
los defectos caudados por agitación.

35. Aleaciones deformables

Se producen como barras, cizallas (con o sin formas), alambres, planchas,
láminas y piezas forjadas.

- a barras extruídas y con forma se les proporcionan las aleaciones AZ para los
requerimientos normales de resistencia, la cual incrementa con el aumento de
aluminio.

- las planchas y láminas provienen del enrollamiento de Mg-Al-Zn, Mg-Th y Mg-
Tierras raras. Un buen conformado es un requerimiento importante para los
materiales de los cuales se sacan planchas.


Propiedades mecánicas de las aleaciones de Mg


Resistencia a la compresión: las aleaciones para fundir tienen una resistencia a la
compresión aproximadamente igual a la resistencia a la tracción. En las
aleaciones deformables la resistencia a la compresión es considerablemente
menor que a la tracción.

Dureza y resistencia al desgaste: las aleaciones de Mg tienen la dureza suficiente
para todos los usos estructurales, excepto para aquellos donde existe una severa
erosión.

Resistencia a la fatiga: cubre una amplia dispersión, como es característico en los
metales. La resistencia a la fatiga en aleaciones deformables es mayor que para
aquellas que son para fundir.

Propiedades a bajas temperaturas: se incrementa la resistencia a la tracción, el
límite de fluencia y dureza. En general la ductilidad disminuye.

Propiedades a altas temperaturas: tiene un efecto adverso al de bajas
temperaturas en la resistencia a la tracción y el límite de fluencia.

Maquinabilidad: pueden ser maquinadas a grandes velocidades utilizando
mayores profundidades de corte para mayores cantidades de material que el que
pueden proporcionar otros materiales estructurales.


Usos


• Herramientas para el tratamiento de materiales: equipos de fundición,
carretillas, cintas transportadoras, palas/excavadoras, tablas de
acoplamiento
• Misiles e industria aeronáutica(se utilizan por su baja densidad)
• Equipos eléctricos y electrónicos

36. • Herramientas portátiles y sus componentes: martillos de impacto, taladros,
lijadoras, cadenas de metal
• Maquinaria industrial: máquinas textiles y de impresión utilizan estas
aleaciones para partes que operan a gran velocidad, donde el peso liviano
se utiliza para reducir la inercia.

TRATAMIENTOS


TRATAMIENTOS TÉRMICOS
A esta aleación se le pueden realizar dos de los tratamientos térmicos más
comunes de las aleaciones no férreas: recocido y bonificado. Según la normativa
éstos se realizarán de la siguiente manera:

TRATAMIENTO Recocido
Bonificado
Temple Maduración
Temperaturas y
tiempos usuales
Estabilización
260º C
16-18 h a 415º C
enfriamiento: aire
16 h a 170º C

Los tratamientos térmicos mejoran la resistencia y dan como resultado una
máxima dureza y mayor resistencia al choque. El envejecimiento artificial después
del tratamiento da aún mayor dureza y límite elástico al material.
El recocido disminuye las tensiones internas y aumenta la ductilidad facilitando, de
este modo, el posterior mecanizado de la pieza. Además incrementando el tiempo
de envejecimiento se aumenta considerablemente la tensión de límite elástico.
Modificaciones sobre estos tratamientos térmicos se están desarrollando para
algunas aleaciones específicas para obtener las combinaciones de propiedades
mecánicas deseadas, por ejemplo, incrementando el tiempo de envejecimiento
aumenta el límite elástico aún perdiendo ductilidad.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
El magnesio puede ser utilizado en la mayoría de aplicaciones sin especial
tratamiento superficial. En algunos casos el magnesio desarrolla oxidación natural
y produce películas que sirven de protección en algunos ambientes severos.
Sin embargo, en muchos otros casos necesitara protección adicional o acabados
decorativos superficiales apropiados a su uso. Cuando se aplican, es
principalmente para mejorar su aspecto y resistencia a la corrosión. La necesidad
de protección superficial y de diferentes tratamientos varía ampliamente según los
requerimientos estéticos, la composición de la aleación y la forma deseada.
Algunos de los tratamientos posibles pueden ser: mecánicos, químicos o iónicos.

37. 12) Stelita

Material para aportación, se compone de cobalto, tungsteno, cromo y carbono.
Posee una gran resistencia al desgaste debido a sus componentes de aleación,
que lo hacen más duro que el acero, dureza que se mantiene constante a
temperaturas mayores a 600 º C. Se utiliza para la fabricación de asientos para
válvulas de escape.

La stelita está formada por un 50% de cobalto, 30% de como, 18% tungsteno y 2%
de carbono, donde el cobalto mejora la dureza en caliente; el tungsteno forma
partículas duras y resistentes a la abrasión en los aceros de herramientas y
mejora la dureza y resistencia de los aceros a altas temperaturas; el cromo
aumenta la resistencia a la corrosión y oxidación, aumenta la templabilidad y
resistencia a altas temperaturas, mejora la resistencia a la abrasión y al desgaste.

Es una aleación no magnética y no corrosiva del cobalto. Existen varios tipos de
aleaciones de stelita, con diferentes composiciones. La aleación más utilizada
para el corte de herramientas es la stelita 100, la cual es resistente, mantiene una
buena superficie de corte a pesar de las altas temperaturas y resiste el
endurecimiento y recocido debido al calor. Otras aleaciones son formuladas para
maximizar combinaciones de resistencia al desgaste, a la corrosión o la habilidad
de soportar temperaturas extremas.

Son materiales resistentes al calor, a la abrasión, a la corrosión y poseen la
cualidad de permanecer tenaces hasta 815º, lo que los convierte en los materiales
más empleados en partes de motores, turbinas de gas y herramientas de corte
(por ejemplo, dientes de sierras, en las herramientas rotativas de los tornos, ya
que su dureza se mantiene constante a temperaturas altas, además de ser
resistente a la corrosión a altas temperaturas y de disminuir la fricción.
). Sus puntos de fusión son extremadamente altos, debido a su contenido de
cobalto y cromo. Además, son capaces de trabajar a velocidades de corte
mayores que las del acero de alta velocidad.

Sus componentes de aleación son los que le otorgan resistencia al desgaste,
mantiene su dureza y tenacidad a temperaturas superiores a los 600° (1100°F).
También es resistente a la corrosión y oxidación, aún a altas temperaturas, y
disminuye la fricción.

En general son difíciles de maquinar debido a su dureza, por lo tanto cualquier
elemento de esta aleación es caro. Debido a esto, cualquier parte será moldeada
de forma tal de que el maquinado requerido sea el mínimo. El maquinado se hará
por lo general por rectificado, más que por corte.

38. 13) Carburo de Tungsteno, características, composición, y dar 4 ejemplos:

El carburo de tungsteno es un compuesto cerámico formado por tungsteno y
carbono. Pertenece al grupo de los carburos con composición química de W
3C
hasta W
6C. Se utiliza, sobre todo y debido a su elevada dureza, en la fabricación
de maquinarias y utensilios pensados para trabajar el acero. De esta característica
también recibe su otro nombre, Widia, como abreviación del alemán "Wie
Diamant" ("como el diamante").
Debido a su elevada dureza y escasa ductilidad se elaboran piezas de este
material mediante sinterizado, en forma de polvo añadiendo el 6 - 10 % de cobalto.
Los granos del carburo de tungsteno empleados en el proceso suelen tener
diámetros de aprox. 0,5 - 1 micrómetros. El polvo se prensa y las piezas obtenidas
se calientan bajo presión de 10000 - 20000 bares hasta aproximadamente 1.600
ºC, poco debajo del punto de fusión del carburo. En estas condiciones la masa se
compacta por sinterización, actuando el cobalto como “pegamento” entre los
granos del carburo.
Gracias al conformado por sinterizado se pueden fabricar piezas de diversas
formas, que no serían posibles por colada.
Frente a los metales duros tiene la ventaja de mantener su dureza incluso a
elevadas temperaturas.
El acabado final de las piezas sólo se puede dar con métodos abrasivos, el tipo de
material formado de esta manera se conoce como cermets de las siglas inglesas
"ceramic metal".

Ejemplos de uso:

• Placas para herramientas de corte y estampado: debido a que no pierde las
propiedades de corte incluso a temperaturas elevadas.
• Piezas planas y de forma para mecanizado del metal: es apto debido a la alta
dureza y a que mantiene sus propiedades incluso a altas temperaturas.
• Piezas en bruto para cuchillas utilizadas con materiales de tipo textil, gomas y
plásticos: debido a su alta dureza y bajo desgaste.
• Piezas para la industria agrícola (rastrojeo, trabajo del suelo, descompactado,
etc): debido a su alta dureza, la pieza sufre un bajo desgaste, no sufre
deformación y mantiene sus medidas originales, permitiendo una vida útil de 4 a
10 veces mayor que las piezas de acero comunes.

39. 14) Polímeros, termoplásticos y termorrígidos, dar 4 ejemplos de cada uno,
con sus características y composición, dar 2 ejemplos de utilización de cada
uno explicando por qué son aptos para esos usos:

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas
pequeñas e iguales denominadas monómeros que forman enormes cadenas de
las formas más diversas, estas cadenas pueden ser lineales, tener ramificaciones
o ser entrecruzadas.
Los polímeros se caracterizan por una alta relación resistencia y densidad, unas
propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena
resistencia a los ácidos y solventes. Además otras propiedades importantes son
su dureza, resistencia a la abrasión e impacto, transparencia (en algunos casos) y
que no es tóxico.

• Los termoplásticos:

Son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y
pueden moldearse a presión, al fabricarse no se generan subproductos. Y son
reciclables. Representan el 80% de consumo total. Los principales son: Polietileno
(PE), Polipropileno (PP), Cloruro de polivinilo (PVC), Poliestireno (PS).

Polietileno
: propiedades: buena inercia química, es de fácil conformado, bajo
coeficiente de fricción. Composición: el monómero que se usa es el etileno.
Ejemplos de uso: pomos (por la alta inercia química) y telas impermeables (debido
al fácil conformado y bajo costo).
Polipropileno: propiedades: buena inercia química y buena resistencia a la
distorsión por variaciones de temperatura. Composición: el monómero utilizado es
el propileno. Usos: cañerías (por mantener sus propiedades pese a cambios de
temperatura), prendas deportivas (por no absorber agua, permite el retirarse a la
transpiración del cuerpo)
Cloruro de polivinilo:
propiedades: buena transparencia, buena resistencia al
impacto y a las condiciones ambientales. Composición: el monómero que le da
origen es el cloruro de vinilo. Usos: mangueras (por la resistencia a condiciones
ambientales), juguetes (por su resistencia al impacto).
Poliestireno: propiedades: buena estabilidad dimensional frente a cambios de
temperatura, buenas propiedades aislantes. Composición: monómero de estireno.
Usos: vasos descartables y bandejas para alimento (por su estabilidad térmica y
propiedades aislantes).




Continúa en la siguiente página

40. Continúa pregunta 14)

• Los termorrígidos:

Estos materiales se caracterizan por tener cadenas poliméricas
entrecruzadas, formando una resma con una estructura tridimensional que no se
funde. Polimerizan irreversiblemente bajo calor o presión formando una masa
rígida y dura. Las uniones cruzadas se pueden obtener mediante agentes que las
provoquen, como en el caso de la producción de las resinas epóxicas.
Su fabricación genera subproductos, no son reciclables y en general son muy
mejores aislantes que los termoplásticos.
Algunos plásticos termorrígidos son: poliuretanos, compuestos fenólicos, resinas
epoxi, compuestos poliéster.

Poliuretano:
propiedades: buena resistencia a las condiciones atmosféricas, buena
inercia química. Composición: se fabrica a partir de ésteres del ácido carbámico.
Usos: resinas para barnices (por la resistencia a las condiciones ambientales), en
el área medicinal para reemplazo de arterias (debido a que el cuerpo humano no
lo rechaza).

Compuestos fenólicos (baquelita):
propiedades: fácil moldeo, muy buen aislante,
resistente al agua y a solventes. Composición: se obtiene a partir de fenol y
formol. Usos: en la fabricación de artefactos eléctricos (por sus propiedades
dieléctricas), mangos de cuchillos (debido a su estabilidad térmica y química).

Resinas epoxi: propiedades: excelente aislante eléctrico, buena estabilidad
dimensional (en su mayoría se usan como pegamento). Composición: se obtiene
de la reacción del cloruro de epiclorhidrina y el dimetil. Usos: adhesivos (por ser un
buen pegamento y de baja densidad), para la fabricación de laminados plásticos,
con fibra de vidrio para reforzar (debido a la baja densidad y buena estabilidad
dimensional).

Compuestos poliéster:
propiedades: buena resistencia a las condiciones
atmosféricas, excelentes propiedades mecánicas. Composición: depende de cada
polímero en particular que ácidos y alcoholes orgánicos se usan (para las fibras
textiles se usa ácido tereftálico y etilenglicol). Usos: para la fabricación de tanques
de agua, con el agregado de fibras de vidrio (debido a su resistencia a las
condiciones atmosféricas), fibras textiles para la fabricación de ropa (debido a sus
buenas propiedades mecánicas).

41. 15) Vidrio, características, composición, 4 ejemplos y por qué son aptos.

El vidrio se considera un líquido de elevadísima viscosidad, de estructura amorfa,
con una temperatura de fusión del orden de los 1200 °C (por eso se lo conoce
como líquido subenfriado). Desde el punto de vista químico resulta una mezcla de
óxidos metálicos, si bien existen muchas variedades de vidrios, tienen
propiedades en común: dureza, fragilidad, transparencia, resistencia química,
resistencia a la compresión y a la tracción, bajo coeficiente de dilatación,
refracción y dispersión de la luz. Es reciclable.
Las materias primas que se utilizan para la fabricación de vidrio son: cuarzo,
feldespato, bórax, carbonato de sodio, carbonato de calcio, ácido bórico (para
vidrios especiales). Según el tipo de vidrio, el porcentaje de cada uno es variable.

Vidrios de cuarzo:
estos vidrios no son afectados por choques térmicos, su
dilatación térmica es mínima, logrando una excelente estabilidad dimensional. A
pesar de su escasa conducción calórica son ampliamente usados en equipos
eléctricos para calefacción, además altísima resistencia a la acción de compuestos
químicos. Para su fabricación se usa cuarzo y no se usan fundentes, su
temperatura de fusión supera los 1700 °C.

Vidrios soda-cal:
son los más utilizados, con ellos se elaboran envases de todo
tipo (botellas, frascos de goteros, etc). Su composición es aproximadamente: SiO
2
69 a 72%, CaO 12,6 a 13,5%, Na
2O 13 a 15%. Se debe tener cuidado que el
contenido del envase no solubilice al mismo (se usan debido a su bajo costo).

Vidrios borosilicatos (Pirex): su uso inicial fue en laboratorios químicos, pero su
difusión masiva ocurrió al introducirlo en los hogares en forma de fuentes para
horno, jarras para cafeteras, vasos, tazas, etc. (debido a su bajísima dilatación
térmica, que les permite ser calentados bruscamente).

Vidrios ópticos (vidrios “de plomo”):
contienen óxido de plomo en su composición,
se utilizan para fabricar lentes de instrumentos ópticos por ej: lentes de anteojos,
de microscopios, etc. (tiene una altísima transparencia, buen índice de refracción y
resistencia atmosférica).

42. 16) Cerámicos, características y composición, dar 4 ejemplos de uso,
explicando por qué son aptos para su uso:

Los materiales cerámicos son derivados del procesamiento térmico de arcillas.
Tienen una alta durabilidad (se han encontrado objetos cerámicos en yacimientos
arqueológicos de hace 6000 años). Si bien los procesos de fabricación se han
mantenido "iguales” desde hace siglos, se ha mejorado la calidad al utilizar
materias primas más puras.
Las características principales de los cerámicos son: excelente resistencia a las
condiciones atmosféricas, excelente inercia química (no son afectados por ácidos,
álcalis ni solventes), son dieléctricos (se usan como aislantes), su coeficiente de
dilatación térmica es muy bajo y no trasmiten el calor, su resistencia mecánica es
relativamente buena pese a ser materiales frágiles (se comportan mal frente a
esfuerzos de tracción), presentan fenómenos piezoeléctricos (por rozamiento
mecánico generan corriente eléctrica).
Ejemplos de materiales:

Cerámica roja (ladrillos, tejas, baldosas, etc):
están hechos de arcilla o adobe, con
cocción o no (los ladrillos se usan para la construcción dado su bajo costo y su
buena resistencia a la compresión).

Esmaltes (enlozado):
se utiliza como recubrimiento de chapas metálicas que son
sometidas a procesos térmicos, tales como ollas, cocinas, calefones y termo
tanques (es un proceso que protege a los metales del desgaste, se utiliza dada la
alta durabilidad del esmalte, si no se golpea, el desgaste del mismo es
prácticamente nulo, no siendo afectado por ácidos, solventes u otro producto
químico).

Refractarios:
son materiales utilizados en procesos térmicos, en contacto con
materiales fundidos, por ejemplo, en los altos hornos o en la fabricación de vidrio
(dado su alto punto de fusión, buena inercia química y bajo desgaste).

Vidrios:
la fibra de vidrio es utilizada como aislante térmico en cañerías y equipos
frigoríficos, es ideal para ambientes con presencia de solventes o vapores ácidos
(debido a la baja conducción térmica y su inercia química). También se utiliza para
fabricar PRFV, plástico reforzado con fibra de vidrio (debido a la buena resistencia
a la tracción que se logra al unirlo con el pegamento).

43. 17) Cauchos, sintético y natural, obtención de cada uno, tipos,
características, 2 ejemplos de utilización, explicando por qué son aptos para
su uso:

El caucho es una sustancia natural o sintética que se caracteriza por su elevada
elasticidad, repelencia al agua y aislación eléctrica. El caucho natural se obtiene
de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en
numerosas plantas. El caucho sintético se prepara a partir de hidrocarburos
insaturados. Una vez fabricados, la mayoría de los productos del caucho se
vulcanizan bajo presión y alta temperatura. La vulcanización es un proceso en el
que se somete al caucho a temperatura en una atmósfera de azufre, para mejorar
su resistencia, elasticidad y vida útil. Actualmente el caucho sintético ocupa más
de la mitad del mercado mundial.

Caucho natural:
En estado natural, el caucho aparece en forma de suspensión
coloidal en el látex de plantas productoras de caucho. Una de estas plantas es el
árbol del hule, originario de sur y centro América. Actualmente el 90% de la
producción proviene de Asia.
Se recoger el látex de las plantaciones practicando un corte en diagonal hacia
abajo. El látex extraído se tamiza, se diluye en agua y se trata con ácido para que
las partículas en suspensión del caucho en el látex se aglutinen. Se prensa con
unos rodillos para darle forma de capas de caucho de un espesor de 0,6 cm, y se
seca al aire o con humo para su distribución.
El compuesto de caucho más simple es el isopreno o 2-metilbutadieno, cuya
fórmula química es C5H8. El caucho puro es insoluble en agua, álcali o ácidos
débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de
carbono, además tiene buena resistencia atmosférica. Con agentes oxidantes
químicos se oxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera lo hace
lentamente.
Según la proporción de azufre-caucho en el vulcanizado, se obtiene desde caucho
blando (1:40) hasta caucho duro (1:1).
Usos: puede utilizarse para guantes (por la impermeabilidad y baja reacción
química con solventes, ácidos débiles, etc), mangueras (debido a la flexibilidad
resistencia a condiciones atmosféricas e inercia química).


Caucho sintético (es un elastómero):
sustancia elaborada artificialmente que se
parece al caucho natural. Se obtiene por reacciones químicas, conocidas como
condensación o polimerización, a partir de determinados hidrocarburos no
saturados. Los compuestos básicos del caucho sintético llamados monómeros,
tienen una masa molecular relativamente baja y forman moléculas gigantes
denominadas polímeros. Después de su fabricación, el caucho sintético se
vulcaniza.

44. Continúa en la siguiente página


Continúa pregunta 17)

Se producen varios tipos de caucho sintético: poli cloropreno (neoprene), buna S o
N (compuesto por butadieno y estireno o acrilonitrilo respectivamente), caucho de
butílico (poliisobuteno) y otros cauchos especiales.
Como propiedades generales podemos nombrar: excelente inercia química y
atmosférica (al igual que el caucho natural), es impermeable, con el agregado de
negro de humo aumenta la resistencia a los rayos UV. Para cada tipo de caucho
las propiedades son particulares y dependen de los agregados que tengan.
Usos: el buna N no es afectado por naftas aceites o solventes, se lo utiliza para
diafragmas y juntas, el caucho butílico (butadieno, isobuteno e isopreno) se utiliza
en la fabricación de cámaras para neumáticos (debido a la gran resistencia al
desgarramiento y excelente nivel de estanqueidad).

45. 18) Materiales compuestos, nombrar, explicar composición y propiedades de
al menos 5 tipos de materiales compuestos, con ejemplos de utilización,
explicando por qué son aptos.

Los materiales compuestos son materiales de ingeniería hechos de 2 o más
componentes. Un componente suele ser una fibra fuerte como fibra de vidrio,
cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su fuerza
a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una
resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga
de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas
de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible,
evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un
agregado en lugar de, o en adición a las fibras.
En términos de fuerza, las fibras sirven para resistir la tracción, la matriz para
resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la
compresión, incluyendo cualquier agregado.
Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la
matriz, lo que se llama delaminación.
Ejemplos: Plástico reforzado de fibra de vidrio (PRFV), Cermet (cerámica y metal),
Laminado metal-intermetal, fibra de carbono, poliviniliden difluoruro (PVDF).

PRFV:
es un material compuesto, constituido por una estructura resistente de fibra
de vidrio y un material plástico que actúa como aglomerante de las mismas. El
refuerzo de fibra de vidrio, provee al compuesto: resistencia mecánica, estabilidad
dimensional, y resistencia al calor. La resina plástica aporta: resistencia química
dieléctrica y buen comportamiento a la intemperie. Además posee una baja
densidad. Debido a la buena relación peso-resistencia, a que no son afectados por
microorganismos, no son afectados por la corrosión, ni se depositan
incrustaciones, se fabrican tanques y caños para el transporte de fluidos.
Cermet
: es un material compuesto por un material cerámico y uno metálico, por
ejemplo alumina y níquel, zirconio y níquel, carburo de tungsteno o de titanio con
cobalto o níquel. El material metálico se usa para mantener unido al cerámico, las
propiedades dependen del tipo de composición que tenga, pero en general
soportan altas temperaturas, saltos térmicos y tienen buena resistencia al
desgaste. Se usa en la fabricación de resistores (especialmente potenciómetros),
capacitores y otros componentes electrónicos sometidos a altas temperaturas
(debido a que soporta altas temperaturas). Otro uso en desarrollo es en la
industria aeroespacial, como protección contra el choque de micro meteoritos,
debido a que soportan mejor los impactos que los metales que actualmente son
utilizados (debido a la buena tenacidad).




Continúa en la siguiente página

46. Continúa pregunta 18)

Hormigón armado:
es un tipo de material compuesto muy utilizado en la
construcción, resulta de la mezcla de uno o más conglomerantes (generalmente,
se usa cemento) en un mallado de acero, con arena, piedra, agua y,
eventualmente, aditivos y adiciones para darle características particulares. El
cemento se hidrata en contacto con el agua, iniciándose complejas reacciones
químicas que derivan en el fraguado y endurecimiento de la mezcla, obteniéndose
al final del proceso un material con consistencia pétrea. El hormigón armado es de
amplio uso en la construcción siendo utilizado en edificios de todo tipo, caminos,
puentes, presas, túneles y obras industriales. El acero le brinda mayor resistencia
a la flexión y al corte, pues el hormigón carece de ductilidad (es frágil), en zonas
sísmicas hay una cantidad mínima de acero, para brindar mayor ductilidad a la
estructura. El hormigón armado es muy utilizado debido a que tiene una gran
resistencia a la compresión, dependiendo de la cantidad de acero que se le coloca
la estructura puede adquirir mayor ductilidad, tiene alta inercia química y excelente
resistencia tanto a las condiciones atmosféricas como a los cambios de
temperaturas, por último tiene una larga vida útil (existen estructuras de más de
100 años de antigüedad).

Fibra de carbono:
es un material compuesto de plástico reforzado con grafito o con
fibras de carbono. La matriz plástica es habitualmente epoxy aunque otros
plásticos, como el poliéster o el viniléster también se usan como base para la fibra
de carbono.
Es un material con un costo elevado, pero es fuerte y ligero (si la forma es
adecuada, como por ejemplo de panal de abejas, es más resistente que el acero).
Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística (debido a
su bajísimo peso y su alta resistencia a la rotura), al igual que en barcos y en
bicicletas, dónde su fortaleza y ligereza son muy importantes. También se está
haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como trípodes y
cañas de pesca

PVDF:
es un material plástico conductor de corriente eléctrica, esto se logro con la
inserción en las cadenas carbonadas de átomos de la familia de los halógenos,
como por ejemplo flúor. Según el proceso de elaboración del PVDF, se pueden
obtener materiales de características piezoeléctricas o piroeléctricas.
Los materiales piezoeléctricos generan una corriente eléctrica cuando sufren una
deformación al ser sometido a una presión o esfuerzo mecánico, permitiendo
construir micrófonos de espesor fino que responden al sonido produciendo una
corriente proporcional a la deformación causada por las ondas sonoras (de forma
inversa, si la corriente es la aplicada, este material puede usarse como parlante),
se construyen equipos con este material para detectar la magnitud de impactos
mecánicos.
Sobre la base de las características piroeléctricas se construyen equipos de alta
sensibilidad que permiten detectar la radiación infrarroja emitida por una persona a
una distancia de 30 metros.

47. Material consultado:

Ciencia de Materiales para Ingeniería - Carl A. Keyser ed. Limusa Wiley
Materiales y Procesos de Fabricación - E. Paul DeGamo ed. Reverte
Fundiciones - J. Apraiz Barreiro ed. Dossat
Templabilidad - P.J Maroni ed. Libreria Mitre
Apuntes de la materia “Materiales Metálicos”, autor Ing. G. Merlone
Apuntes de la materia “Química Aplicada”, autor Ing. M. Pelissero
Internet (wikipedia)