Tema VI: Aleaciones Férreas1.- Aleaciones Férreas Son aquellas que contienen hierro como elemento básico de aleación, pudiendo contener otros elementos aleantes tales como el cromo, níquel, vanadio, entre otros. 2.- Clasificación de las aleaciones Férreas según su contenido en carbono. •Hierro • Acero • Fundición 2.1.- Hierro Metal blanco plateado o azulado con menos de 0,008 % de carbono, es dúctil y maleable. Funde a (1535- 1539) °C, reblandeciéndose antes de llegar a esta temperatura, lo que permite forjarlo y modelarlo con facilidad. •Presenta propiedades magnéticas, por ello es usado en núcleos de inductancia. Presenta diferentes formas estructurales de acuerdo a la temperatura y la presión. •Tiene gran aplicación para formar productos siderúrgicos, utilizado como elemento matriz, para alojar otros elementos aleantes. 2.2.- Aceros Aleación ferrosa ferrosa compuesta compuesta principalmente principalmente por hierro y carbono y otros otros elementos (silicio, (silicio, manganeso, fosforo y azufre). Dependiendo del uso se fabrican aleaciones adicionando otros elementos tales como: cromo, níquel, vanadio, cobalto etc. El % de carbono es inferior a 2%.Los aceros constituyen la familia f amilia de materiales m ateriales de mayor m ayor uso para aplicaciones estructurales y descarga. Siendo los aceros la familia más versátil (capaz de adaptarse con rapidez rapi dez y velocidad a diferentes dif erentes funciones) f unciones) entre los materiales materiale s de ingeniería. Sus características principales: • Alta Alta dureza dureza •Buena resistencia mecánica •Maleabilidad •Ductilidad 2.3.- Fundiciones Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de carbono varía entre 2,14% y6,67% (aunque estos porcentajes no son completamente rígidos). Comúnmente las más usadas están entre los valores de 2,5% y 4,5%, ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor práctico en la industria. Además de hierro y carbono, lleva otros elementos de aleación como silicio, manganeso, fósforo, azufre y oxígeno.
3.- Tipos de aceros según su composición química 3.1.- Aceros al Carbono. Son aquellos aceros en los que está presente el carbono y los elementos residuales como el manganeso, fosforo y azufre en cantidades que se consideran como normales. Los aceros al carbono se pueden clasificar en 3 grupos: Aceros de bajo carbono: contiene menos de 0,3% de carbono. Aceros de medio carbono: contiene entre 0,3% y 0,5% de carbono. Aceros de alto carbono: contiene más de 0,5% de carbono.
3.2.- Aceros de Baja Aleación Se componen hasta un 5 % de componentes de aleación tiene un costo relativamente bajo, pero tiene sus limitantes. No se pueden reforzar más de 100.000 PSI ya que deforman Tienen poca resistencia a la corrosión y oxidación tiene poca resistencia al impacto a baja temperatura. 3.3.- Aceros de Alta Aleación Para superar las diferencias en los carbonos simples se han creado aleaciones con elementos aleantes que mejoran sus propiedades: mayor de 5% en peso de elementos de aleación. Ellos son: - Aceros inoxidables - Aceros para herramientas - Aceros especiales. 3.3.1.- Aceros Inoxidables Este grupo de aleación ferrosa que contiene por lo menos un 12% de cromo, que le proporciona una resistencia extraordinaria a la corrosión. Permite formar una delgada capa protectora de óxido de cromo, al exponerse el acero al oxígeno, el cromo estabiliza la ferrita y también se contraiga la región de austenita y por lo tanto la región ferrita aumenta de tamaño. 3.3.2.- Aceros para Herramientas El Acero para herramientas es el acero que normalmente se emplea para la fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o por arranque de viruta. Los aceros de herramientas tienen generalmente un contenido en carbono superior a 0.30%, aunque a veces también se usan para la fabricación de ciertas herramientas, aceros de bajo contenido en carbono (0.1 a 0.30%). 4.- Aceros Inoxidables 4.1.- Aceros Inoxidables Austeniticos Son aleaciones ternarias, porque contiene, hierro, carbono y níquel que poseen excelente ductilidad y conformidad, resistencia mecánica y a la corrosión. Posee níquel en un (7 – 20%), estabilizando la austenita, incrementando el tamaño de campo de austenita y elimina la ferrita, tiene cromo en (16 – 25%). Su resistencia mecánica se obtiene mediante un endurecimiento por solución sólida. Tiene excelentes propiedades al impacto a bajas temperaturas. Son costosos por el níquel y el cromo. Son usados en la industria de equipos quirúrgicos, también en el transporte de alimentos y en aplicaciones ortopédicos. 4.2.- Aceros Inoxidables Ferriticos Contiene entre (10-20 % de cromo y menos de 0,12 % de carbono (bajo Carbono). Es ferromagnético. Tiene buena resistencia mecánica y ductilidad moderada usada en materiales deconstrucción. 4.3.- Aceros Inoxidables Martensiticos Es una aleación que contiene hasta 18 % de cromo, entre (0,15 – 1,0) de carbono (medio carbono),cero níquel. Calentando a 1200 °c produce 100% austenita que al templarse en aceite se transforma en martensita y luego es revenida para producir alta resistencia y
dureza. Esta combinación es excelente para ser usado en cuchillerías de alta calidad, cojinetes y válvulas, balines. 4.4.-Aceros Inoxidables Endurecidos por Precipitación Contiene 17 % de cromo y 7 % de níquel y pequeñas cantidades de aluminio (Al), niobio (Nb) otantalio (Ta). Sus propiedades se deben a los endurecimientos por solución solida por deformación por envejecimiento y por la trasformación Martensitica. Se calienta previamente el acero, después de templado para inducir que la austenita se trasforme en martensita, obteniendo altas propiedades mecánicas. Se usa en barras, cabillas, alambres. 5.- Aceros para Herramientas 5.1.- De temple al agua Para estas herramientas se necesita DUREZA y TENACIDAD por igual. Su contenido de carbono varia (0,60 – 1,40%)Se subdivide en:® (0,60 – 0,75%) de carbono, para herramientas que necesiten TENACIDAD, Tales como: Martillos, quebradores de concreto, remachadoras, perforadoras de uso continuo.® (0,75 – 0,95%) de carbono, para herramientas donde necesiten DUREZA y TENACIDAD por igual. Tales como: Punzones, cortadoras, troqueles o dados, navajas para cizalla.® (0,95% -1,40%) de carbono, se usa para aplicaciones en las que son importantes LA RESISTENCIAAL DESGASTE y RETENCION DEL FILO DE CORTE, Se utiliza para herramientas de carpintería, taladros, tarrajas, escariadores y herramientas de torneado. 5.2.- Resistentes al Impacto Son diseñados para aplicaciones en que son muy importante la TENACIDAD, combinada con una buena dureza, se emplea para la fabricación de buriles, buterolas. Los aceros adecuados para estos trabajos son Cr-W, Cr-Mo. Contienen poco carbono (varía entre 0,45 y 0,65%). Sus principales elementos son: Silicio: resistente a la ferrita. Cromo: aumenta la templabilidad y contribuye a la resistencia. Tungsteno o Molibdeno: Proporciona dureza
5.3.- Para trabajo en frio Tienen gran importancia ya que la mayoría de estas aplicaciones puede efectuarse con uno o más cero de e picción ACEROS ALEADOS DE BAJA ALEACION (GRUPO O), TEMPLADOS EN ACEITE. - Contienen manganeso y cromo, tungsteno en menor cantidadNo se deforman, ni doblan, ni se fisuran.- No son costososTienen adecuada resistencia al desgaste. ACEROS ALEADOS DE MEDIANA ALEACION (GRUPO A) - Poseen 1% de carbono, 3% de manganeso, hasta un 5% de cromo y 1% de molibdeno.No se deforman- Buena resistencia al desgaste- Regular a deficiente maquinabilidad.Se utiliza para punzones, recortes y dados para taller. ACEROS CON MUCHO CARBONO Y CROMO (GRUPO D) Contienen hasta 2,25 % de carbono y 12% de cromo, puede contener molibdeno, vanadi o ycobalto.- Esta combinación da excelente resistencia al desgaste- No deformanBuena resistencia a la abrasiónSe usa en dados para punzonar y perforar, dados para estiras alambres, barras y tubos, da dos para roscar.
5.4.- Para trabajos en caliente ∞ (H11 H19) Contienen un mínimo de cromo 3,25 %, posee tungsteno y molibdeno,se usan en troqueles de extrusión, troqueles para piezas fundidas, mandriles, cizallas enc aliente.Se aplica a piezas estructurales muy esforzadas, particularmente en aviones supersónico s, - tienen facilidad de formado.Moderada tenacidad y ductilidad a resistencias tensiles altas.Buena capacidad de soldado.- Coeficiente de expansión térmica relativamente baja.Resistencia a la corrosión y oxidación, superior al promedio.∞ (H21 – H26): son fabricados a base de tungsteno, contiene por lo menos un 9% y cromo entre (2-12%).Se utiliza a altas temperaturas en mandriles y troqueles para extrusión para latones deníq ue y cero.∞ (H41 – H46): Son fabricados a base de molibdeno, con un 8%, 4 % de cromo y menos cantidad de tungsteno y vanadio. - Son más económicos que los de tungsteno.- Tienen buena tenacidadExcelente dureza al rojo- Regular resistencia al desgaste y maquinabilidad. 5.5.- De alta velocidad Contienen grandes de tungsteno o molibdeno, conjuntamente con cromo, vanadio y algunas veces cobalto. El contenido de carbono varia de 0,70 – 1 % y algunas veces 1,5 % de carbono. Se aplican principalmente en herramientas de corte, pero también para hacer troqueles de extrusión, herramientas para pulir, punzones y dados. Pueden templarse en aceite, aire y sales fundidas. Tiene buena resistencia y regular maquinabilidad. 5.6.- Aceros de Usos Especiales - Cromo es su elemento principal, además contiene vanadio, molibdeno y níquel. El cromo yel molibdeno aumenta la templabilidad. El níquel aumenta la tenacidad. Vanadio sirve para refinar elgrano. Tiene aplicaciones en máquinas-herramientas, en la que se requiere alta resistencia al desgaste con buena tenacidad. Ejemplo: Cojinetes, rodillos, platos de embrague, levas, expansores y llaves de tuercas. Los de alto carbono se utilizan para ejes, troqueles, taladros, machuelos y calibradores. Los de tipo carbón- tungsteno (T)Son relativamente frágiles Se usan en cascos de alto desgaste, bajo de temperatura y pequeñas cargas aplicadas co nimpacto.- Se usan en guillotinas para papel, dados para estirados de alambre. 6.- Fundiciones6.1.- Fundición Blanca Hierro fundido que produce cementita en vez de grafito durante la solidificación. Son duros y frágiles, resistentes al desgaste, difícil de mecanizar. Obedecen al diagrama Fe-C, metaestable. Su nombre lo toman de la superficie de rotura característica, blanca y brillante. Tras la solidificación, el carbono se encuentra en forma de cementita en una matriz de perlita. Se emplean en forros y palas de molinos o en rodillos de laminación. 6.2.- Fundición Gris Forma de hierro fundido que durante la solidificación, permiten que crezcan hojuelas de grafito, causando baja resistencia mecánica y mala ductilidad. El grafito aparece como escamas o láminas denro de un mriz ferriic α o de peri. Su nombre procede de
color de la superficie fracturada, el cual se debe a la presencia de estas escamas. Tiene gran efectividad en el amortiguamiento de la energía vibracional. Ej.: bancadas para máquinas y equipos. Es muy económico. 6.3.- Fundición Maleable Es obtenida mediante un tratamiento térmico largo, (Recocido de fundición blanca) durante el cualla cementita se descompone para producir agregados redondeados de grafito. En la que tiene lugarla grafitización o descarburación o ambas, para eliminar alguna parte o toda la cementita. Elcarbono esta en forma de carbono revenido, si la DESCARBURIZACION e s la reacciónpredominante, el producto tendrá una fractura clara de ahí el nombre “Mebe de corzón bnco”. De otra manera la fractura erá ocur “Mebe de corzón negro”. Se obtiene como resultado de esta estructura, buena resistencia y ductilidad. Se obtiene a partir dela fundición blanca. Se emplean en: Tubos de dirección, engranajes de transmisión y cajas de diferencial para la industria automovilística, rebordes, muelles tabulares y cajas de válvulas para ferrocarriles. 6.3.- Fundición Nodular o Dúctil Es tratado con magnesio mientras esta fundido para hacer que se precipite el grafito durante la solidificación en formas de esferas, dando resistencia y ductilidad excelentes. Se utiliza para fabricar válvulas, cuerpos de bombas, cigüeñales, pistones y componentes de automóviles y maquinarias. 6.3.- Fundición Aleada Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor. Tema VII: Aleaciones no Férreas1.- Aleaciones no Férreas Son aleaciones que no contienen hierro, o contienen cantidades relativamente pequeñas de hierro, algunos ejemplos, aluminio, cobre, zinc, estaño y níquel. Sus propiedades son lata resistencia a la corrosión, elevada conductividad eléctrica y térmica, baja densidad y facilidad de producción. Su importancia radica en las propiedades que poseen estos metales, las cuales son:
2.- Aleaciones Ligeras Se denominan aleaciones ligeras a aquellas aleaciones que tienen como elemento base o principal el aluminio. Respecto a los metales de adición, los más empleados son el cobre, silicio, cinc, níquel, hierro, titanio, cromo y cobalto. Estos materiales pueden figurar en las aleaciones juntas o aisladas. En general, la proporción total en que forman parte de las aleaciones ligeras, no pasa del 15%.Lacaracterística principal de las aleaciones ligeras, es su bajo peso específico, que en algunas de ellas llega a ser hasta de 1/3 del peso específico del acero. Y aún resulta más interesante la relación de resistencia mecánica a
peso específico, que algunos tipos de aleaciones ligeras es la más alta entre todos los metales y aleaciones 3.- Aluminio (Propiedades y Aplicaciones) Metal de color plateado, muy electropositivo y altamente reactivo, al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y trasparente de óxido de aluminio resistiendo la posterior acción corrosiva. Tiene una densidad de 2,70 gr/cm3. Entre sus principales propiedades se encuentran: de dúctil a frágil
fusión (660°C) no funciona bien a altas temperaturas. APLICACIONES 25 % Del aluminio que se produce hoy en día, se utiliza en la industria del transporte.25% en manufactura de envoltorios flexibles, latas de fácil apertura.15 % en aplicaciones eléctricas.20% en otras aplicaciones (arquitectura, propósitos estructurales, ornamentales, materiales deconstrucción).Se hace más resistente con el frio, se usa a temperaturas criogénicas. Se usa en reactivos nucleares abajas temperaturas porque absorbe relativamente pocos neutrones. La resistencia del aluminio a la corrosión por el agua de mar también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos Su principal inconveniente en que es difícil de soldar, debido a la carga de óxido con que se recubre. Para conseguir unirlo por soldadura es necesario emplear soldadura eléctrica de electrodo de wolframio, que permita inyectar un gas inerte como argón para evitar la oxidación durante el proceso. 4.- Tipo de Aleaciones de Aluminio4.1.- Aluminio – Cobre Estas aleaciones son muy significativas ya que el cobre es la base de endurecimiento por precipitación, reduce la porosidad durante la solidificación. La adición del cobre al aluminio aumenta la fundibilidad del mismo. Disminuye la resistencia a la corrosión y permite aumentar la resistencia y la dureza de la aleación mediante tratamientos térmicos de solubilidad, temple y recocido. En la industria aeronáutica y electromotriz se utilizan aleaciones aluminio-cobre en un porcentaje(9% y 11%) por presentar buenas propiedades de moldeo, buena resistencia mecánica a elevadas temperaturas, buena resistencia al desgaste. Estas características hacen excelentes pistones y bloques de cilindros de motor. 4.2.- Aluminio – Silicio Se usan cuando se requiere buena moldeabilidad y buena resistencia a la corrosión. Para obtener alta resistencia mecánica se adiciona magnesio. Las propiedades mecánicas de aleaciones aluminio-silicio pueden mejorarse añadiendo ciertos fundentes como sodio o estroncio que deben manejarse con extremo cuidado y cuya función principal es refinar el grano para obtener un grano mejorado en lugar de obtener las agujas en las que cristaliza el silicio en las aleaciones sin modificar. La principal aplicación de estas aleaciones es la fundición de piezas difíciles, y la fabricación de piezas para la marina, por su resistencia a la corrosión. Pero no se emplean para piezas ornamentales porque ennegrecen con el tiempo. Los usos principales son los bloques de motores para carros y pistones.
4.3.- Aluminio – Zinc En estas aleaciones el cinc, tiene un porcentaje máximo de 20%, no se les puede aplicar el temple por precipitación, son económicas, tienen propiedades mecánicas igual al Al-Cu, pero menos resistente a la corrosión y más pesado. 4.4.- Aluminio - Magnesio Posee buenas propiedades de soldabilidad, excelente resistencia a la corrosión en ambientes marinos y se mecanizan con facilidad. Se utilizan en piezas ornamentales, en fabricación de latas, utensilios caseros, postes para alumbrado, en la industria náutica, en tanques criogénicos y piezas automotrices. 4.5.- Aluminio – Manganeso El manganeso se encuentra en la mayor parte de las aleaciones de aluminio ternarias y cuaternarias. El manganeso aumenta la dureza, la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio.
6.1.1.2.- Latones Alfa más Beta También denominado dúplex latón, es 35-45% de zinc y es ideal para trabajo en caliente. Contien etanto α y β 'fe, fe β' e cúbico cenrdo en cuerpo y e má difíci y má fuerte que α. Af-betalatón son habitualmente trabajadas caliente.
6.2.- Bronces Son aleaciones de cobre con estaño y otros elementos (al, silicio, berilio). Estas aleaciones tienen mejor resistencia mecánica y a la corrosión que los latones. Se utiliza con fines decorativos y ornamentales, así como donde se requiere elevada resistencia a la corrosión y buena resistencia a la tracción, se usa en cojinetes, forros metálicos y engranajes.
6.3.- Cuproníqueles El cuproníquel es una aleación de cobre, níquel (Cu + Ni) y las impurezas de la consolidación, tales como hierro y manganeso. Este metal no corroe en agua de mar, porque se ajusta su potencial de electrodo de ser neutral con respecto al agua de mar. Debido a esto se utiliza para hardware de marina, y a veces para los propulsores, los cigüeñales y los cascos de remolcadores superiores, los barcos de pesca y otros barcos de funcionamiento. También se usa mucho en la fabricación de condensadores y aparatos de destilación.
6.4.- Plata alemana o Latón al Níquel Es una aleación ternaria compuesta por zinc (8 a 45 por ciento), cobre (45 a 70 por ciento) y níquel (8a 20 por ciento), con un color y brillo parecido al de la plata. Las aleaciones que contienen más de un60% de cobre son monofásicas y se caracterizan por su ductilidad y por la facilidad para ser trabajadas a temperatura ambiente, la adición de níquel confiere una buena resistencia a los medios corrosivos. Entre las aplicaciones se encuentran la fabricación de imágenes religiosas, vajillas de mesa, bombillas(sorbete) para mate, cremalleras, objetos de bisutería, llaves de los instrumentos musicales (p. ej. El oboe), trastes para guitarra, diales de los aparatos de radio, monedas, instrumentos quirúrgicos y dentales y reostatos.
7.- Características y Propiedades de Otros MetalesNIQUEL:
Metal de color blanco plateado, densidad de 8,91 gr/cm3, estructura FCC. Elemento de transición, magnético, alta dureza, dúctil y maleable, resistente a la corrosión Resistente al desgaste aun a altas temperaturas. Baja dilatación térmica USADO EN: Revestimiento de metales Catalizadores Terminaciones de corriente en dispositivos electrónicos Electrodos para bujías Pernos para calderas Cables utilizados en hornos y en bujías Baterías recargables.
TITANIO Metal de transición, con densidad 4,51gr/cm3 de color plateado. Mejora la resistencia a la corrosión Tiene poco peso. Resistente a altas temperaturas. Forma capas de óxidos que lo protege de la corrosión USADOS EN: Componentes marinos Prótesis Implantes Corazones artificiales Aleados se usan para aviones, proyectiles, trenes de aterrizajes, fuselaje, separadores de alas de aviones, discos y revestimientos de motores.
ESTAÑO: Metal de color blanco plateado Densidad de 7,29 gr/cm3Protege contra la corrosión Los ácidos si lo atacan Proporciona maleabilidad y ductilidad Baja dureza Resistencia mecánica Resistente a la corrosión atmosférica, a los aceites y a la gasolina No es toxico USADO EN: Chapas, latas, cojinetes, soldaduras, tubos, laminas, cajas, recubrimientos y barras protectoras.
CINC Elemento de transición, con densidad de 7,13 gr/cm3, estructura Hcp, de color blanco azulado lustroso. Frágil a temperatura ambiente Dúctil y maleable Buen conductor de calor y electricidad Buena resistencia a la corrosión atmosférica, pero al aire húmedo, se oxida cubriéndose con una película carbonada que lo protege Ferromagnético Moderadamente duro Metal químicamente activo Insoluble en agua, soluble en alcohol, ácidos y álcalis. Tóxico SE USA EN: Protección galvánica al acero ( el hierro o el acero recubierto con cinc se denomina galvanizados y esto puede hacerse por inmersión del artículo en cinc fundido)Placas de baterías eléctricas Pigmentos en pinturas Relleno para llantas Fluido soldador Preservar madera Antiséptico Piezas de electrónica Pantallas de televisor y recubrimientos fluorescentes Baterías de la industria aeroespacial y de computadoras portátiles En la metalurgia de metales preciosos y eliminación de la plata del plomo.