UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PUEBLA MIGUEL NGEL BONILLA TLLEZ ELEMENTOS DIMENSIONALES LUIS HECTOR FLORES CABALLERO 2DO. CUATRIMESTRE GRUPO E 9 DE FEBRERO DE 2011

OBJETIVO Dar a conocer el mtodo para la realizacin de la seleccin ptima de los materiales para aplicaciones concretas segn sus propiedades Introducir y discutir la relacin entre composicin, estructura y defectos con las propiedades de los materiales y su importancia en los procesos tecnolgicos tanto de obtencin como de explotacin ptima de los mismos

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Propiedades de los materiales: Las propiedades de estos son las caractersticas que determinan de una forma especial la clase o clida de las mismas. Estas propiedades se pueden agrupar en tres categoras: Propiedades sensoriales: A veces elegimos los materiales por el efecto que pueden producir en nuestros sentidos: la forma, el color, el brillo de una prenda Propiedades mecnicas: Elasticidad: es la capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma anterior una vez que ha desaparecido la fuerza que los deforma. Lo opuesto a la elasticidad se denomina plasticidad. Ductilidad: es la capacidad que tiene un material para poder estirarse en hilos finos: cobre, oro, aluminio Maleabilidad: es la capacidad que tienen los materiales (metales) en poderse estirar en todas direcciones sin romperse, ya sea por iluminacin, golpe Un ejemplo claro es el caso del estao, aluminio, oro Fragilidad: es la propiedad que tienen algunos materiales a la rotura cuando una fuerza impacta sobre l. La fragilidad es completamente opuesto a la dureza: vidrio, diamante Dureza: es la propiedad que tienen algunos materiales a no dejarse penetrar por otros. La dureza est en razn directa con la fragilidad; es decir, cuanto ms duro es un material, mayor es su fragilidad. Hay cinco propiedades de dureza: Dureza al rayado: est determinado por la escala de MOHS. Esta escala consta de 10 minerales. Cada uno de estos (numerados de menor a mayor) rayarn a los de un nmero menor que l, y ser rayado por los de un nmero mayor que l. Esta escala es: Talco Yeso Calcita Fluorita Apatito Feldespato Cuarzo Topacio Corindn Diamante Dureza a la penetracin: este tipo de dureza se mide mediante una mquina especial de ensayos de dureza, su mtodo consiste en aplicar una presin a una bola de acero o punta fina endurecida sobre una superficie lisa del material que se va a ensayar, y en medir la profundidad de la huella producida. Dureza a la deformidad por traccin: puede afirmarse que cuanto mayor sea la resistencia por traccin de un metal y ms bajo su lmite de elasticidad, tanto ms duro ser aquel. Dureza al corte: viene dada por el tiempo que tarda una barrena de un peso dado, en perforar un determinado espesor del material ensayado. El resultado se confronta con otros resultados ya obtenidos en la prctica. Dureza elstica: se determina mediante el ensayo SHORF. Consiste en medir el rebote de una bola de acero que cae desde una altura determinada. La altura del rebote se miraa en una tabla donde se conocen las durezas de los materiales que ya han sido ensayados. -Tenacidad: es la resistencia que opone un cuerpo a su rotura, cuando est sometido a esfuerzos lentos de deformacin. -Fatiga: es la deformacin de 1 material sometido a cargas variables inferiores a la de la rotura, cuando actan un cierto tiempo o un nmero de veces determinado. -Fusibilidad: es la mayor o menor facilidad que tiene un material par fundirse a una determinada temperatura, llamada temperatura de fusin. -Maquinabilidad: es la mayor o menor facilidad que tienen un material a dejarse mecanizar por arranque de viruta mediante las mquinas-herramientas. -Colabilidad: es la aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde. -Resiliencia: es la resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos. Otras propiedades: -Pr. pticas: se refieren esta propiedad a la resistencia o reaccin del material cuando la luz incide sobre l. Los materiales pueden ser opacos, translcidos o transparentes. -Pr. qumicas: una de las ms importantes es el comportamiento de los materiales ante los fenmenos de oxidacin y corrosin: los aceros (excepto inoxidables) y sus aleaciones se oxidan en contacto con la humedad, llegando incluso a la corrosin; mientras que el aluminio crea una capa superficial de xido que lo autoprotege. -Pr. trmicas: esta propiedad se describe como la reaccin o el comportamiento de los materiales ante el calor. -Pr. magnticas: la mayora de los metales ferrosos son atrados por campos electromagnticos, los cuales permiten la fabricacin de imanes, sin embargo hay otros, como el cobre y el aluminio, que no lo son. Clases de materiales: -Todos los materiales que se emplean en la actualidad los podemos clasificar en materiales naturales y en materiales sintticos. El objeto del conocimiento de los materiales se basa en la construccin de tiles y mecanismos para satisfacer las necesidades de industria y del ser humano: A.-Materiales naturales: se pueden definir como aquellos que se encuentran en la naturaleza, los cuales constituyen los materiales bsicos y a partir de estos se fabrican los distintos productos que existen en el mercado. Estos recursos naturales pueden ser: -Renovables: no existe peligro de que se agoten con el paso del tiempo. -No renovables: los que se agotan con el paso de los aos. B.-Materiales sintticos: son materiales que han sido creados por el hombre como resultado de reacciones qumicas controladas y que transforman los productos naturales en productos nuevos. Podemos destacar los productos obtenidos del

petrleo, como los plsticos. En medicina los materiales sintticos son muy utilizados en arterias artificiales, diente, huesoso, etc. y reciben el nombre de biomateriales. Fabricacin de productos acabados: -Los materiales industriales muchas veces necesitan de unos procesos secundarios para la obtencin de piezas y productos acabados. Dentro de estos procesos distinguimos: A.-Moldeo: este mtodo consiste en verter el material que est en estado lquido en un molde, con lo cual adquieren su forma y dimensiones; a continuacin, es sometido a un enfriamiento para que pueda solidificarse. Se utiliza este mtodo en la obtencin de plsticos, esculturas de metal, cementos y hormigones, vidrios, cermicas B.-Forja: la pieza final de este mtodo se obtiene mediante golpes de forma mecnica o manual. El material puede estar en estado lquido o caliente. C.-Mecanizado: la pieza final se obtiene mediante procesos mecnicos del corte, separando el material por arrancamiento en forma de viruta, con lo cal utilizamos para ello las distintas mquinas-herramientas disponibles en el mercado, como: tornos, fresadoras, taladros D.-Unin de piezas: consiste en la unin de dos o ms piezas para la formacin de un conjunto. Los mtodos ms empleados pueden ser: soldaduras, pegamentos, remachados Eleccin de los materiales desde un punto de vista industrial: -Dado que no existe un material que se pueda aplicar para todas las necesidades en la industria y con unas propiedades determinadas, conviene que los diseadores estudien las ventajas de los distintos materiales, para ello hay que tener en cuenta una serie de aspectos como pueden ser: A.-Coste del material: considerando que el precio de los materiales en la fabricacin de un producto representa aproximadamente 1/3 y del coste final, debemos tener en cuenta las condiciones de compra para poder vender el producto en el mercado a un precio competitivo. B.-Transporte: conviene comprar los materiales o materia prima cerca de donde se van a transformar, como objeto de eliminar gastos, dado que muchas veces el precio del transporte incrementa mucho el coste final del producto, sobre todo cuando se pide en pequeas cantidades. C.-Calidad: debido a que continuamente estn apareciendo nuevos materiales, el fabricante tiene que hacer un estudio y evaluacin constante de sus propiedades para aplicarlo en productos concretos; al mismo tiempo, se debe tener en cuneta la demanda de un producto en particular dentro de los consumidores, que al final es a quien va dirigido. D.-Disponibilidad: en un momento determinado y por falta de la materia prima, es importante poder disponer de ella en el menor tiempo posible, o de lo contrario encontrar otros materiales que tengan unas caractersticas a los que venamos utilizando. E.-Aptitud para la aplicacin: una vez que se ha construido el producto deseado, es necesario que soporte los esfuerzos para llegar a ser utilizado, sin que altere su forma de diseo y sus distintas caractersticas que podran deformarlo; para ello se utilizan los distintos ensayos de muestreo, con el fin de que no tengan problemas en el mercado. Materiales ms utilizados: Hierro Acero Ferrosos Fundiciones Hierro aleaciones Conglomerados frreos Metlicos Pesados Cobre (bronce, latn) Estao (plomo, cinc) No ferrosos Ligeros aluminio, titanio Materiales ms Ultraligeros Magnesio, berilio importantes Plsticos Termoplsticos Termoestables No metlicos Maderas Blandas Duras Textiles Naturales Sintticos Ptreos o cermicas

Los metales ferrosos: Los metales ferrosos son aquellos que, su principal componente es el hierro y, sus principales caractersticas son su gran resistencia a la tensin y dureza. Los metales ferrosos son los aceros (1), el hierro (2) y las fundiciones (3).

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Los aceros: Son una aleacin de hierro y carbono, en la que el carbono se encuentra presente en un porcentaje inferior al 2%. Para obtener acero, se toma como materia prima el arrabio, eliminando al mximo las impurezas de este, por medio del afino, y reduciendo el porcentaje del principal componente de la aleacin que es el carbn. Adems de arrabio, en el convertidor se aaden chatarras y fundentes, aparte de la lanza que inyecta oxgeno para el afino. Con el acero proveniente del convertidor, se realiza la colada, que puede ser convencional o continua y, despus, se le da la forma.

Propiedades de acero Resistencia a comprensin y traccin. Dureza Resistencia al desgaste Ductilidad Las propiedades del acero se pueden mejorar con la adicin de elementos aleantes. El hierro: Los metales ferrosos son los derivados de hierro. El hierro es muy abundante en la naturaleza (forma parte del ncleo de la corteza terrestre) y es el metal ms utilizado. El hierro se encuentra en diferentes minerales: pirita, hematites, siderita... Estos minerales suelen estar formados por un compuesto llamado xido, por lo tanto no es el nico componente, sino que este se encuentra combinado con oxgeno y otras impurezas.

Propiedades del hierro Presenta un color blanco Muy abundante en la tierra, pocas veces aparece en estado puro Tiene una gran densidad Es un material magntico Cuando entra en contacto con el aire, se forma en su superficie una capa de xido, razn por la cual no puede utilizarse sin proteccin superficial. Tiene una conductividad elctrica baja.

La fundicin: Se llama fundicin a aquellas aleaciones de hierro y carbono, el porcentaje se encuentra entre el 2% y el 6%. Debido a sus propiedades, las fundiciones suelen utilizarse para la realizacin de bloques, bancadas de mquinas, herramientas, soportes, bloques de motores, cuerpos de bombas etc. Las fundiciones no son buenas conductoras de la electricidad y el calor. Propiedades Buena resistencia a la comprensin Baja resistencia a la traccin Resistencia a las vibraciones Fragilidad Moldeabilidad en caliente Resistencia al desgaste.

Metales no ferrosos

Los metales no ferrosos son los que su principal composicin no es el hierro. Se dividen en tres grandes grupos: Ligeros: Aluminio y titanio. Ultraligeros: Berilio y magnesio. Pesados: Cobre, estao, plomo y cinc.

Caractersticas: -Se pueden moldear y mecanizar fcilmente.

-Poseen una resistencia mecnica elevada en relacin a su peso. -Algunos tienen una gran conductividad trmica y elctrica. -Presentan un buen acabado superficial, que en ocasiones los hace tiles como elementos decorativos.

Algunos metales no ferrosos. Aluminio: Es el metal ms abundante en la naturaleza. Sus principales caractersticas son: Color blanco azulado Muy buena ductilidad y maleabilidad Muy buena conductividad elctrica y trmica Muy buena resistencia a la corrosin Buena maquinabilidad Peso especifico bajo Temperatura de fusin de 657C. Baja resistencia a la traccin

Cobre: Las caractersticas son: Color rojizo Muy buena ductilidad y maneabilidad Excelente conductividad elctrica y trmica Buena resistencia a la corrosin Alto punto de fusin Alto peso especifico Baja resistencia a la corrosin Bronces: Los bronces son aleaciones de cobre y estao. Su empleo ms general se hace en estado fundido, pero tambin puede utilizarse en forma de piezas forjadas, en barras y perfiles laminados o extruidos.

Latones: Los latones son aleaciones de cobre y cinc: los latones de aplicacin industrial mantienen el porcentaje de cinc inferior a 50%. Presentan algunas propiedas similares a las del cobre, pero son ms baratos y son ms fciles de trabajar.

Magnesio: Es el ms ligero de los minerales. Sus principales caractersticas son: Color blanco Maleabilidad y poca ductilidad Fcil mecanizacin Bajo peso especifico Baja resistencia a la traccin. Relativamente frgil A altas temperaturas se inflama con el contacto con el aire.

Plomo: Sus principales caractersticas son: Color gris azulado. Blandura, buena maleabilidad y poca ductilidad. Buena conductividad elctrica y trmica Inalterable en el aire seco, y autoproteccin en el hmedo. Coeficiente de rozamiento bajo. Peso especifico alto No se endurece al deformarlo Es muy toxico.

Estao: Sus principales caractersticas son: Color blanco brillante. Blandura, muy buena maleabilidad y poca ductilidad. Buena conductividad elctrica y trmica. Inoxidable por acidos organicos, aire hmedo, etc Alto peso especifico Baja temperatura de fusin. Se emplea para: Proteger a los metales contra la corrosin (hojalata) Tubos para serpentinas Papel de estao.

Cinc: Sus principales caractersticas son: Color azulado brillante. Maleabilidad en caliente Inalterable en el aire seco, y autopreteccion en el hmedo. Peso especifico alto. Se emplea para: Chapas para techados Cubiertas de edificios Tubos Depsitos de agua.

Nquel: Sus principales caractersticas son: Color blanco brillante. Muy buena ductilidad y maleabilidad Inalterable al agua de mar y compuestos qumicos Alto peso especifico Cromo: Sus principales caractersticas son: Color blanco. No tiene muy buena ductilidad y maleabilidad Alto peso especifico Inoxidable Muy duro y frgil.

Antimonio: Sus principales caractersticas son: Color blanco azulado. No tiene muy buena ductilidad y maleabilidad Alto peso especifico Mal conductor de electricidad, y calor Inoxidalbe a temperatura ambiente. Manganeso: Sus principales caractersticas son: Color gris. Es muy duro y quebradizo Alto peso especifico Se oxida con el aire Cobalto: Sus principales caractersticas son: Color Blanco. Es muy duro y tenaz Alto peso especifico Inalterable en el aire y el agua . Molibdeno: Sus principales caractersticas son: Color Blanco brillante. Dctil y maleable. Alto peso especifico Inalterable a temperatura ambiente. Muy frgil cuando tiene impurezas.

Qu es Ingeniera en Materiales? Ingeniera en Materiales es una disciplina que est ntimamente conectada con la calidad de vida del hombre, que emplea hoy en da multiplicidad de materiales nuevos. Est apoyada en la fsica y la qumica, estudia las relaciones entre las estructuras microscpicas y las propiedades de los materiales, lo que permite predecir su comportamiento, evaluarlo en condiciones de servicio o disear nuevos materiales apropiados a las exigencias de un proceso o producto final. A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de los materiales en los ltimos aos, el permanente desafo tecnolgico requiere materiales cada vez ms sofisticados y especializados. UN POCO DE HISTORIA

Primer ingeniero en materiales La evolucin de las sociedades ha estado ntimamente vinculada a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. En efecto, las primeras civilizaciones se conocen por el nombre del material que usaban por ejemplo la Edad de Piedra. Este primer ingeniero en materiales descubrio que impactando una piedra contra otra podia producir cantos afilados que luego servirian como cuchillos o hachas, logrando asi conformar los materiales aprovechando sus propiedades. (que groso el hombre de neanderthal En los ltimos 200 aos aproximadamente se ha logrado entender la relacin entre elementos estructurales de los materiales y sus propiedades y se ha aplicado estos conceptos para modificar o adaptar las caractersticas de los materiales. Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con caractersticas muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad, se trata de metales, plsticos, vidrios y fibras. Una de las grandes revoluciones de esta ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases trmicas de los metales y, en especial, del acero. Actualmente los adelantos electrnicos ms sofisticados se basan en componentes denominados materiales semiconductores y en la nano tecnologia.

Clasificacin de los materiales Actualmente se clasifican a los materiales segun sus propiedades y su estructura atomica, de aqui tenemos que se pueden diferenciar en:

METALES

POLIMEROS

CERAMICOS

De la interaccion de estos 3 grupos aparecen los materiales compuestos o composites y ademas dentro de los ceramicos y metales se pueden encontrar grupos como materiales superconductores, y en polimeros y ceramicos se ven materiales semiconductores etc..

COMPOSITES (MATERIALES COMPUESTOS)

SEMICONDUCTORES

SUPERCONDUCTORES

Disciplinas de la ingeniera de materiales

Existe una gran interrelacin entre el procesamiento (manera de fabricar y obtener los materiales), la estructura tanto microscopica o macroscopica (celdas unitarias, forma en que se acomodan los atomos en una red, distribucion de los granos, etc), las propiedades (modulos de elasticidad, de corte, resistencia al impacto, etc) y la performance (capacidad del material a satisfacer las exigencias tanto fisicas como someterlo a tensiones de traccion, compresion y corte, como a exigencias quimicas tales como que no se corroya, que no modifique a otros materiales. etc)

CLASIFICACION DE LOS ACEROS (segn normas SAE) SAE clasifica los aceros en: al carbono, de media aleacin, aleados, inoxidables, de alta resistencia, de herramientas, etc. Aceros al carbono 10XX donde XX es el contenido de C Ej.: SAE 1010 (0,080,13 %C) SAE 1040 (O,3~0,43 %C) Los dems elementos presentes no estn en porcentajes de aleacin: P mx = 0,04% S mx = 0,05% Mn = 0,300,60% para aceros de bajo carbono (0,60%C) y aceros al C para cementacin. 1- Aceros de muy bajo % de carbono (desde SAE 1005 a 1015) Se seleccionan en piezas cuyo requisito primario es el conformado en fro. Los aceros no calmados se utilizan para embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformacin y terminacin superficial. Los calmados son ms utilizados cuando se necesita forjarlos o llevan tratamientos trmicos. Son adecuados para soldadura y para brazing. Su maquinabilidad se mejora mediante el estirado en fro. Son susceptibles al crecimiento del grano, y a fragilidad y rugosidad superficial si despus del formado en fro se los calienta por encima de 600C. 2- Aceros de bajo % de carbono (desde SAE 1016 a 1030) Este grupo tiene mayor resistencia y dureza, disminuyendo su deformabilidad. Son los comnmente llamados aceros de cementacin. Los calmados se utilizan para forjas. Su respuesta al temple depende del % de C y Mn; los de mayor contenido tienen mayor respuesta de ncleo. Los de ms alto % de Mn, se endurecen ms convenientemente en el ncleo y en la capa. Son aptos para soldadura y brazing. La maquinabilidad de estos aceros mejora con el forjado o normalizado, y disminuye con el recocido. 3- Aceros de medio % de carbono (desde SAE 1035 a 1053) Estos aceros son seleccionados en usos donde se necesitan propiedades mecnicas ms elevadas y frecuentemente llevan tratamiento trmico de endurecimiento. Se utilizan en amplia variedad de piezas sometidas a cargas dinmicas. El contenido de C y Mn, depende de una serie de factores. Por ejemplo, cuando se desea incrementar las propiedades mecnicas, la seccin o la templabilidad, normalmente se incrementa el % de C, de Mn o de ambos. Los de menor % de carbono se utilizan para piezas deformadas en fro, aunque los estampados se encuentran limitados a plaqueados o doblados suaves, y generalmente llevan un recocido o normalizado previo. Todos estos aceros se pueden aplicar para fabricar piezas forjadas y su seleccin depende del tamao y propiedades mecnicas despus del tratamiento trmico. Los de mayor % de C, deben ser normalizados despus de forjados para mejorar su maquinabilidad. Son tambin ampliamente usados para piezas maquinadas, partiendo de barras laminadas. Dependiendo del nivel de propiedades necesarias, pueden ser o no tratadas trmicamente.

Pueden soldarse pero deben tenerse precauciones especiales para evitar fisuras debido al rpido calentamiento y enfriamiento. 4- Aceros de alto % de carbono (desde SAE 1055 a 1095) Se usan en aplicaciones en las que es necesario incrementar la resistencia al desgaste y altas durezas que no pueden lograrse con aceros de menor contenido de C. En general no se utilizan trabajados en fro, salvo plaqueados o el enrollado de resortes. Prcticamente todas las piezas son tratadas trmicamente antes de usar, debindose tener especial cuidado en estos procesos para evitar distorsiones y fisuras. Aceros de media aleacin Aceros al Mn 15XX El porcentaje de Mn vara entre 1,20 y 1,65, segn el %C. Ej.: SAE 1524 1,201,50 %Mn para construccin de engranajes SAE 1542 1,351,65 %Mn para temple Aceros de fcil maquinabilidad o aceros resulfurados 11XX 12XX Son aceros de alta maquinabilidad; la presencia de gran cantidad de sulfuros genera viruta pequea y, al poseer los sulfuros alta plasticidad, actan como lubricantes internos. No son aptos para soldar, tratamientos trmicos, ni forja debido a su bajo punto de fusin. Ej; SAE 11XX : 0,080,13 %S SAE 12XX : 0,240,33 %S Para disminuir costos, facilitando el maquinado, se adicionan a los aceros al C de distintos % de C y Mn, elementos como el azufre (S), fsforo (P) y plomo (Pb). Esto significa un sacrificio en las propiedades de deformado en fro, soldabilidad y forjabilidad, aunque el plomo tiene poco efecto en estas caractersticas. Pueden dividirse en tres grupos: GRUPO I (SAE 1110, 1111, 1112, 1113, 12L13, 12L14, y 1215) Son aceros efervescentes de bajo % de carbono, con excelentes condiciones de maquinado. Tienen el mayor contenido de azufre; los 1200 incorporan el fsforo y los L contienen plomo. Estos tres elementos influyen por diferentes razones, en promover la rotura de la viruta durante el corte con la consiguiente disminucin en el desgaste de la herramienta. Cuando se los cementa, para lograr una mejor respuesta al tratamiento, deben estar calmados. GRUPO II (SAE 1108, 1109, 1116, 1117, 1118 y 1119) Son de bajo % de carbono y poseen una buena combinacin de maquinabilidad y respuesta al tratamiento trmico. Por ello, tienen menor contenido de fsforo, y algunos de azufre, con un incremento del % de Mn, para aumentar la templabilidad permitiendo temples en aceite. GRUPO III (SAE 1132, 1137, 1139, 1140, 1141, 1144, 1145, 1146 y 1151) Estos aceros de medio % de carbono combinan su buena maquinabilidad con su respuesta al temple en aceite. 3 Aceros aleados para aplicaciones en construcciones comunes Se considera que un acero es aleado cuando el contenido de un elemento excede uno o ms de los siguientes lmites: 1,65% de manganeso 0,60% de silicio 0,60% de cobre o cuando hay un % especificado de cromo, nquel, molibdeno, aluminio, cobalto, niobio, titanio, tungsteno, vanadio o zirconio Se usan principalmente cuando se pretende: desarrollar el mximo de propiedades mecnicas con un mnimo de distorsin y fisuracin promover en un grado especial: resistencia al revenido, incrementar la tenacidad, disminuir la sensibilidad a la entalla mejorar la maquinabilidad en condicin de temple y revenido, comparndola con un acero de igual % de carbono en la misma condicin Generalmente se los usa tratados trmicamente; el criterio ms importante para su seleccin es normalmente su templabilidad, pudiendo todos ser templados en aceite. Al Ni 23XX 25XX El Ni aumenta la tenacidad de la aleacin; pero como no se puede mejorar la templabilidad, debe adicionarse otro elemento aleante (Cr, Mo). Por este motivo prcticamente no se utilizan. La temperatura de transicin dctil-frgil baja de -4C para aceros al C hasta -40C Al Cr-Ni 31XX 32XX 33XX 34XX El conocido en Argentina es el SAE 3115 (1,25 %Ni y 0,60 a 0,80 %Cr). Gran tenacidad y templabilidad; pero el excesivo Ni dificulta la maquinabilidad. Al Mo 4OXX 44XX Aumenta levemente la templabilidad. Al Cr-Mo 41XX Poseen 1,00 %Cr y 0,15 a 0,30 %Mo. Se utilizan para nitrurado, tornillos de alta resistencia, etc. Al Cr-Ni-Mo 86XX Poseen 0,40 a 0,70 %Cr, 0,40 a 0,60 %Ni y 0,15 a 0,30 %Mo. Son las aleaciones ms usadas por su buena templabilidad. Por ejemplo: SAE 8620 para cementacin

SAE 8640 para temple y revenido Al silicoMn 92XX Poseen aproximadamente 1,40 %Si y 1,00 %Mn. Son aceros para resortes; tienen excelente resistencia a la fatiga y templabilidad. (Para resortes menos exigidos se utiliza el SAE 1070). Segn sus aplicaciones se los clasifica en dos grupos: a) De bajo % de carbono, para cementar 1) De baja templabilidad (series SAE 4000, 5000, 5100, 6100 y 8100) 4 2) De templabilidad intermedia (series SAE 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 8600 y 8700) 3) De alta templabilidad (series SAE 4800 y 9300). Estos ltimos se seleccionan para piezas de grandes espesores y que soportan cargas mayores. Los otros para piezas pequeas, de modo que en todos los casos el temple se pueda efectuar en aceite. La dureza del ncleo depende del % de C bsico y de los elementos aleantes. Esta debe ser mayor cuando se producen elevadas cargas de compresin, de modo de soportar las deformaciones de la capa. Cuando lo esencial es la tenacidad, lo ms adecuado es mantener baja la dureza del ncleo. Necesidad de ncleo Acero SAE Baja templabilidad 4012, 4023, 4024, 4027, 4028, 4418, 4419, 4422, 4616, 4617, 4626, 5015, 5115, 5120, 6118 y 8615 Media templabilidad 4032, 4427, 4620, 4621, 4720, 4815, 8617, 8620, 8622 y 8720 Alta templabilidad 4320, 4718, 4817, 4820, 8625, 8627, 8822, 9310, 94B15 y 94B17 b) De alto % de carbono, para temple directo. 1) Contenido de carbono nominal 0,30-0,37 %: pueden templarse en agua para piezas de secciones moderadas o en aceite para las pequeas. Ejemplos de aplicacin: bielas, palancas, puntas de ejes, ejes de transmisin, tornillos, tuercas. Baja templabilidad SAE 1330, 1335, 4037, 4130, 5130, 5132, 5135, y 8630. Media templabilidad SAE 4135, 4137, 8637 y 94B30. 2) Contenido de carbono nominal 0,40-0,42 %: se utilizan para piezas de medio y gran tamao que requieren alto grado de resistencia y tenacidad. Ejemplos de aplicacin: ejes, paliers, etc., y piezas de camiones y aviones. Baja templabilidad SAE 1340, 4047 y 5140. Media templabilidad SAE 4140, 4142, 50B40, 8640, 8642 y 8740. Alta templabilidad SAE 4340. 3) Contenido de carbono nominal 0,45-0,50 %: se utilizan en engranajes y otras piezas que requieran alto dureza, resistencia y tenacidad. Baja templabilidad SAE 5046, 50B44, 50B46 y 5145. Media templabilidad SAE 4145, 5147, 5150, 81B45, 8645 y 8650. Alta templabilidad SAE 4150 y 86B45. 4) Contenido de carbono nominal 0,50-0,60 %: se utilizan para resortes y herramientas manuales. Media templabilidad SAE 50B50, 5060, 50B60, 5150, 5155, 51B60, 6150, 8650, 9254, 9255 y 9260. Alta templabilidad SAE 4161, 8655 y 8660. 5) Contenido de carbono nominal 1,02 %: se utilizan para pistas, bolillas y rodillos de cojinetes y otras aplicaciones en las que se requieren alta dureza y resistencia al desgaste. Comprende tres tipos de acero, cuya templabilidad vara segn la cantidad de cromo que contienen. Baja templabilidad SAE 50100 Media templabilidad SAE 51100 Alta templabilidad SAE 52100 5 Aceros inoxidables a) Austenticos AISI 302XX 303XX donde XX no es el porcentaje de C 17-19 % Cr 8-13 % Cr 4-8 % Ni 8-14 % Ni 6-8 % Mn No son duros ni templables, poseen una alta capacidad de deformarse plsticamente. El ms ampliamente utilizado es el 304. A esta categora pertenecen los aceros refractarios (elevada resistencia a altas tempera-turas). Ej: 30330 (35% Ni, 15% Cr) b) Martensticos AISI 514XX Contienen 11 a 18 % Cr; son templables; para durezas ms elevadas se aumenta el % Cr (formacin de carburos de Cr). Se usan para cuchillera; tienen excelente resistencia a la corrosin. c) Ferrticos AISI 514XX 515XX Poseen bajo % de C y alto Cr (10-27 %)de manera de reducir el campo y mantener la estructura ferrtica an a altas temperaturas. Aceros de alta resistencia y baja aleacin 9XX donde XX .103 lb/pulg2, es el lmite elstico del acero. Ej; SAE 942

Son de bajo % de C; aleados con Va, Nb, N, Ti, en aproximadamente 0,03% c/u, de manera que precipitan carbonitruros de Va, Nb, Ti que elevan el lmite elstico entre 30 y 50 %. Presentan garanta de las propiedades mecnicas y ngulo de plegado. Son de fcil soldabilidad y tenaces. No admiten tratamiento trmico. ACEROS PARA HERRAMIENTAS W: Templables a! agua: no contienen elementos aleantes y son de alto % de carbono (0,75 a 1.00%). Son los ms econmicos y se utilizan Principalmente en mechas. En general tienen limitacin en cuanto al dimetro, debido a su especificacin de templabilidad. Para trabajo en frlo: 0 Slo son aptos para trabajo en fro pues al aumentar la temperatura disminuye la dureza. A templados al aire. No soportan temple en aceite pues se figuraran; se usan para formas intrincadas (matrices) pues el alto contenido de cromo otorga temple homogneo. D alta aleacin. Contienen alto % de carbono para formar carburos de Cr (1,10-1,80 %C). Gran resistencia al desgaste. Para trabajo en caliente: H Aceros rpidos: T en base a tungsteno M en base a molibdeno Los tres mantienen su dureza al rojo (importante en cuchillas); tienen carburos estables a alta temperatura; el Cr aumenta la templabilidad ya que se encuentra disuelto; el tungsteno y el molibdeno son los 6 formadores de carburos. El ms divulgado es el conocido como T18-41, que indica contenidos de W, Cr y Mo respectivamente. S: Aceros para herramientas que trabajan al choque. Fcilmente templables en aceite. No se pueden usar en grandes seccione o formas intrincadas.

Tratamientos trmicos del acero. Para cambiar las propiedades del acero se usan diferentes tipos tratamientos trmicos, que cambian su micro estructura. En general hay cuatro tipos bsicos de tratamiento trmico: 1. Temple. 2. Revenido. 3. Recocido. 4. Normalizacin. Todos los tratamientos trmicos tiene una ruta obligatoria:

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Calentamiento del acero hasta una temperatura determinada. Permanencia a esa temperatura cierto tiempo. Enfriamiento mas o menos rpido.o

El hierro tiene una temperatura de fusin de 1539 C, y en estado slido presenta el fenmeno de la alotropa o polimorfismo. En la mayora de los casos, el calentamiento del acero para el temple, normalizacin y recocido se hace unos 30-50 o C por encima de la temperatura de cambio alotrpico. Las temperaturas mayores, si no son necesarias para un uso especial, no son deseables para evitar un crecimiento excesivo del grano. En la figura 1 se muestra un grfico esquemtico de como se desarrolla el proceso para cada tipo de tratamiento trmico. El carcter de la transformacin del acero depende de la velocidad de enfriamiento. Durante un enfriamiento lento en el horno se verifica el recocido; si el enfriamiento se realiza al aire libre, tal recocido se denomina normalizacin. El temple se hace utilizando un enfriamiento rpido en agua o en aceite. Despus del temple, obligatoriamente, se ejecuta el revenido, cuyo objetivo es disminuir en algo la uniformidad de la estructura y, de tal modo, quitar las tensiones internas de la pieza. El revenido siempre se realiza a una temperatura menor a la de la transformacin del material.

El acero y su temperatura. Para comprender mejor la influencia del tratamiento trmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferentes temperatura. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisin en el llamado diagrama de equilibrio hierrocarbono. En este artculo vamos a describir de manera muy simplificada, las estructuras del acero a diferentes temperaturas. o o A temperaturas menores de 910 C y por encima de 1400 C el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer

caso se le llama hierro alfa y en el segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910-1400 C el hierro tiene la red cbica centrada en las caras y se le llama hierro delta. Solubilidad del carbono en hierro. Los hierros alfa y gamma disuelven muy poco carbono (entre 0,025 y 0.1%), y a esas soluciones se les denomina ferrita. La o ferrita es muy blanda y plstica segn el tamao de sus granos; por debajo de 768 C tiene propiedades ferromagnticas muy acentuadas. o La solubilidad del carbono en el hierro delta es mucho mayor, y puede alcanzar el 2% en peso a 1130 C. Esta solucin se o llama austenita y existe comnmente por encima de 723 C (por mtodos especiales puede obtenerse austenita a temperaturas menores). La austenita es blanda y plstica, no es magntica y peor conductor del calor que la ferrita. Compuestos del hierro y el carbono. El hierro forma con el carbono el carburo de hierro, Fe3C, que se denomina cementita y contiene 6.67 % de carbono en o peso. La cementita es frgil y muy dura; a temperaturas superiores a 210 C no tiene propiedades magnticas. La cementita pura no es estable, especialmente a altas temperaturas, y se desintegra en grafito y solucin slida: ferrita o austenita, segn la temperatura. Sin embargo, en las aleaciones de bajo contenido de carbono la cementita existente es estable hasta altas temperaturas y por eso se le puede considerar como un componente autnomo dentro de la masa del acero. La cementita en el acero puede tener tres orgenes y se llaman: 1. Primaria: Segregada a partir de la reaccin del hierro y el carbono en la solucin lquida. 2. Secundaria: La que se precipita de la austenita al enfriarse. o 3. Terciaria: La que se desprende de la ferrita al enfriarse por debajo de 910 C. La cementita puede mezclarse mecnicamente con la austenita desde la solucin lquida, la mezcla eutctica de cementita y austenita se denomina ledeburita. De la misma forma la cementita puede mezclarse desde la solucin slida con la ferrita o procedente de la desintegracin de la austenita a menos de 723 C y concentracin de carbono de 0.8 %. La mezcla eutectoide* de ferrita y cementita se llama perlita. Con estos elementos examinemos ahora el carcter de las formaciones estructurales de los aceros en el proceso de enfriamiento, desde el estado lquido hasta las temperaturas normales. Este proceso es reversible por lo que los procesos son vlidos tambin durante el calentamiento. * Se le denomina eutectoide porque se produce en la solucin slida y no en la lquida como en el caso de una mezcla eutctica. El enfriamiento o calentamiento del acero. En la figura 2 se muestra el sector izquierdo del diagrama Fe-C (hierro carbono). En l, se han marcado las lneas correspondientes a las soluciones de 0.6, 0.8, y 1.2 % de carbono. o La linea G-H corresponde a los 723 C temperatura lmite de existencia de la austenita. Observemos que para los tres casos, de la solucin lquida al enfriarse comienzan a formarse cristales de austenita, los que conviven en equilibrio con la solucin lquida entre las lneas A-B y C-D. Al bajar de la temperatura de solidificacin (linea C-D), toda la solucin se convierte en austenita. Con el ulterior enfriamiento y en dependencia del contenido de carbono se van formando estructuras diferentes, a saber: 1.- Para el acero de 0.6 % de carbono o menos, al alcanzar la linea F-E comienza a desprenderse ferrita y hay una zona (entre F-E y G-H) donde conviven ambas formas estructurales. La formacin de la ferrita con muy poco carbono disuelto hace que el resto de la austenita pase a ser mas rica en carbono, con lo que se alcanza el 0.8 % necesario para la formacin de la cementita, con ello se puede producir la mezcla mecnica de ferrita y cementita que ya hemos visto se denomina perlita. El resultado final de esta aleacin cuando llega a la temperatura normal es una mezcla de ferrita y perlita. 2.- Para el acero de 0.8 % de carbono, como tiene la composicin adecuada para la reaccin de formacin de cementita (0.8 % de carbono) el final del proceso de enfriamiento conduce a perlita en casi toda la masa slida. 3.- Para el acero de 1.2 % de carbono o mas, una vez que se alcanza la linea E-D comienza a segregarse la cementita secundaria por la sobresaturacin de la austenita con carbono, con el enfriamiento posterior y al sobrepasar la linea G-H se produce cierta cantidad de ferrita que junto a la cementita forma la perlita. Finalmente queda una mezcla de perlita y cementita secundaria.

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Temple y revenido. El temple y el revenido se utilizan ampliamente para mejorar las propiedades de resistencia de los aceros de construccin e importarles dureza y altas propiedades cortantes a los aceros de herramientas. Por temple se comprende la fijacin de las estructuras, a temperatura normal, que son propias de temperaturas altas. Por eso las estructuras templadas son inestables o, como dicen los fsicos metaestables. Si el acero se enfra rpidamente desde la zona de austenita (figura 2) el carbono no puede desprenderse, y como es imposible detener la transformacin de hierro gamma a hierro alfa con capacidades de disolucin de carbono muy diferentes, se produce una solucin slida sobresaturada de carbono en hierro alfa que se conoce como martensita. La estructura de la martensita es inestable, con una gran dureza y fragilidad considerable. La dureza de la martensita es tanto mayor, cuanto mas cantidad de carbono est disuelto en esta, y se explica por el fenmeno de que su red cristalina est muy deformada por los tomos de carbono. Esto hace que el cristal elemental de la red cristalina de la martensita nos sea cbico sino tetragonal. Lo que a su vez dificulta su deformacin plstica. El acero tiene la capacidad de ser templado si contiene mas del 0.3% de carbono. El enfriamiento para el proceso de templado puede efectuarse a diferentes velocidades de acuerdo a los fines perseguidos y del tipo de acero (cantidad de carbono y otros elementos aleantes) los mas usados son: Agua. Aceite. Sales fundidas. Soluciones salinas. Y hasta el aire para ciertos aceros aleados. o Si tomamos la capacidad refrigerante del agua a temperatura de 20 C como la unidad, entonces, la capacidad refrigerante relativa de la solucin acuosa de cloruro de sodio al 10% ser de 1.23; del aceite mineral 0.20 y del aire ambiente 0,03. Despus del temple se efecta el revenido, cuyo fin es el aumento de la plasticidad (disminucin de la fragilidad) del acero con una disminucin mnima de la resistencia o la dureza adquiridas durante el temple. La temperatura del revenido se escoge de acuerdo a la posterior utilizacin de la pieza, pero nunca llegar a la temperatura de transformacin (linea G-H de la figura 2). Se distinguen tres tipos de revenido: o 1. Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220 C); Con l se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martestica. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste. o 2. Revenido a medias temperaturas (entre 300-400 C); A estas temperaturas la martensita se modifica y se transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices. o 3. Revenido de altas temperaturas (500-550 C); A estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero de construccin. La troostita y la sorbita obtenidas durante el revenido de la martensita, sobrepasan por su tenacidad, las estructuras anlogas que se obtienen durante el enfriamiento directamente a partir de la austenita.

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Recocido. El recocido tiene diferentes objetivos en el tratamiento trmico del acero y generalmente suele ser de dos clases: Recocido de primera clase o subcrtico: Se aplica para eliminar tensiones residuales, acritud, y cambiar forma de la cementita a cementita esferoidal en los aceros de alto carbono para poder trabajarlos mejor. Por lo comn mientras mas alta es la temperatura, tanto mas corto puede ser el tiempo de permanencia, pero, de todos modos, para la esferoidizacin se requiere un permanencia larga. El recocido para eliminar la acritud se efecta despus de la deformacin plstica en fro; con ello no solo se reducen las tensiones, sino tambin la recristalizacin de la estructura, por eso se le denomina recocido de recristalizacin. Recocido de segunda clase o supercrtico: Tiene como objeto diferentes finalidades, y exactamente: o Disminucin del grano: El recocido de los aceros de bajo y medio carbono se efecta por calentamiento s unos 20-50 C por encima de la temperatura de transformacin, es decir por encima de la lnea F-E (figura 2). Bajo estas temperaturas se verifica la transformacin del hierro alfa a hierro gamma y la formacin de una gran cantidad de granos pequeos de austenita, independientemente del tamao original de los granos de ferrita o perlita. El enfriamiento ulterior de piezas con grano pequeo de austenita conduce a la formacin de granos pequeos de ferrita y perlita. Un calentamiento considerable por encima de la lnea F-E, produce no disminucin, sino aumento del tamao del grano. Obtencin de una estructura equilibrada y mas blanda. Modificacin de la estructura en piezas fundidas: Las estructuras fundidas, muy a menudo suelen ser de grano grueso y la fase sobrante, por ejemplo, la ferrita en el acero de bajo carbono y la cementita secundaria en los de alto carbono, se distribuyen en granos, formando la armazn alrededor de la cual se solidifica la masa restante. Tal estructura se denomina de Widmastatten y tiene una tenacidad menor en comparacin con la estructura normal. Durante el recocido no solo se efecta la disminucin del grano, sino tambin la liquidacin de la estructura de Widmastatten. Eliminacin de las segregaciones dendrticas: El recocido para eliminar la segregacin dendrtica que surge durante la solidificacin de los lingotes, se denomina recocido de homogenizacin. Generalmente este recocido se logra durante el calentamiento de los lingotes para su tratamiento por presin en la fabricacin de piezas en caliente. La homogenizacin

exige una temperatura muy alta (unos 1000-1100 C) y una permanencia larga (15 o mas horas). Durante este recocido es inevitable el crecimiento del grano, la disminucin de este se realiza despus por medio de un recocido de recristalizacin. Normalizacin. La estructura que surge despus del calentamiento hasta las temperaturas que corresponden a la zona de austenita y enfriamiento en el aire, se considera como normal en el acero. Por eso la normalizacin corresponde a un recocido supercrtico con enfriamiento al aire. La cantidad de ferrita o cementita sobrante, despus del normalizado, es menor que despus del recocido y la perlita est mas dispersa. Por eso el acero normalizado tiene resistencia y tenacidad un poco mas altas y una maquinabilidad mas baja que el acero recocido. En la figura 3 se muestra un grfico en el que se destacan las zonas de temperatura utilizadas mas comnmente para la realizacin de los diferentes tratamientos trmicos.

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CONCLUSION

Es sin duda impresionante la manera en la que han evolucionado los materiales y lo importante que es conocer sus propiedades no tan solo fsicas o mecnicas sino tambin a otro nivel como bien podra ser a nivel atmico ya que de esto depende en buena parte el comprender como habr de comportarse un material en ciertas condiciones y de esa manera conjeturar algunas caractersticas como su dureza o su resistencia a algunos esfuerzos, la verdad este curso de Materiales ha resultado de mucho provecho para cada uno de nosotros los alumnos de ingenieria, hemos aprendido como conocer a los materiales por sus propiedades asi como por su tipo, sus estructuras internas y externas, que nos llevamos del curso?, conocimiento provechoso y una mayor conciencia de los materiales y su aprovechamiento a lo largo de este curso y a lo largo de la historia, conocer nuestro entorno es sumamente importante y poder aprovecharlo y modificarlo nos dara mayor comodidad y tambien una mayor economia en base al aprovechaniento que de el obtengamos, podemos sin lugar a dudas decir que los materiales forman una parte importante de la sociedad actual, a donde usted mire encontrara diversos materiales en sus miles de formas y modificaciones que el hombre, el ingeniero ha hecho con el unico propsito de sacar mayor ventaja y poder adaptar su medio a las circunstancias requeridas en su momento, la sociedad cambia y con ella sus necesidades de toda indole, la industria evoluciona constantemente al igual que la ciencia, gracias a estos cambios podemos ir adelantes y no ser victima de la estatica, hay cambios, hay dinamica, pero esto exije cambios, tan necesarios y grandes como se desen, quizas hasta se requira cambios sociales, cambios de actitud y quizas hasta cambios de estructuras economicas y gubernamentales. La industria a mejorado y progresado a pasos acelerados durante las ultimas tres decadas, el uso de los aceros y toda clase de metales se ha hecho mucho mas comun en las sociedades, la industrializacin a exigido el uso de mas y mejores materiales para su desarrollo, hoy tenemos cubierta la mayoria de esas necesidades, pero falta mucho por recorrer, realmente no sabemos hacia donde la sociedad con sus industrias, su ciencia y su tecnologa vayan, lo que si sabemos es que tenemos que ser concientes de los cambios y prepararnos para ellos, el afrontarlos adecuadamente, marcara la diferencia entre las economias fuertes, las debiles y las que deben perecer a causa de la mediocridad y la falta de actitud adecuada, podemos mirar hacia veinte aos atrs y ver cuantos cambios al dia de hoy se han dado y como las industrias exitosas los afrontaron y como otros hoy ni su recuerdo queda; una actitud y las acciones adecuadas han permitido el desarrollo de tecnologas nuevas y en gran manera mucho mejores que las de hace tan solo diez o cinco aos, el progreso nos arrastra y es mejor remar en el sentido que el se desarrolla para ser mejores, tambien no podemos estar a expensas de casar tecnologas, tenemos la obligacin de desarrollarlas y sacar adelante a nuestro pais, su economia, no basta saber manejar la tecnologa, sino ser padres de ella y poder sacarle el mximo de provecho, hoy es tiempo de contribuir y de mejorar, de lo contrario el resago nos atrapara y pagaremos caro una mala actitud, que en mucho pudimos corregir y que no estuvimos dispuestos. Ojalaesto sirva para visualizar, que un buen salario es bueno, pero aportar a este pais alguna idea, algun proyecto, algun invento; es todava mucho mejor, el tiempo cambia, nosotros debemos hacerlo para bien de la comunidad y no tan solo para provecho personal, ojala pronto podamos reconocer la falta de una buena actitud y ser protagonistas en la tecnologa, ser ser maestros y no aprendices.