TRATAMIENTO DE MATERIALES Carlos Bugueño Rojo Resistencia de los materiales Instituto IACC 21 de Mayo de 2018
1. ¿Por qué es más conveniente utilizar el trabajo en frío que elementos aleantes para el endurecimiento de alambres de cobre para aplicaciones eléctricas?
En el trabajo que mayormente se utiliza es en frío debido a que este proceso es más efectivo que el proceso de elementos aleantes. De forma simultánea se puede endurecer el material y darle la forma final deseada, y principalmente por que la reducción de conductividad, ductilidad, resistencia a la corrosión se reduce en menor grado que los procesos aleantes, siendo este una manera satisfactoria para lograr endurecer un material conductor como los alambres de cobre, que son mayor mente utilizados en la distribución eléctrica. En este proceso encontramos un inconvenientey es la pérdida de du ctilidad o maleabilidad. Por ejemplo si se toma un alambre de cobre y se dobla repetidamente, este se endurecerá y con el tiempo se romperá debido al endurecimiento. Tal hecho, y en mayor grado, es lo que ocurre en algunos metales, como lo es en el caso del magnesio que cristaliza por el sistema hexagonal compacto, tienen un número reducido de sistemas de deslizamiento y por son bastantes quebradizos a temperatura ambiente. Los elementos aleantes presentan una alta conductividad eléctrica y térmica, pero esta es menor que la presentan los metales puros como en este caso el cobre. Pero si tienen una gran característica, estos aleantes poseen propiedades mecánicas interesantes, y es por ello que se les da mucho interés. Dentro de las características tenemos dureza, tenacidad y otras.
2. ¿Qué técnicas de soldadura pueden utilizarse para minimizar la pérdida de resistencia del material en la zona afectada por el calor (ZAC)?
Podemos decir que la zona afectada por el calor en los procesos de soldadura de los aceros, genera un ciclo térmico que provoca cambios microextructurales que modifican sus propiedades originales. Tratamiento de los esfuerzos residuales debido a la deformación por soldadura: estas son causadas por la deformación de partes de la estructura cristalina interna del propio material (expansión y compresión del material). Podemos decir que la acumulación de los esfuerzos o tensiones provocan la deformación y la pérdida de estabilidad dimensional. Una medida de control es identificar: Los esfuerzos cuando no son iguales, provocan deformación del material. Grandes esfuerzos a un lado de la pieza, provocan movimiento o deformación. Si los esfuerzos son iguales a lo largo de la pieza, se compensan y no hay deformación.
Si el desequilibrio es demasiado grande, la pieza jamás volverá a su condición anterior.
Una técnica podría ser, introducir energía a la pieza mediante la aplicación de vibraciones de baja frecuencia, que atenúan las tenciones del material en cuestión. Para la red de átomos con tensiones, no existe diferencia entre la energía térmica y la introducida por vibración. Esta energía vuelve alinear la estructura interna del material, aliviando los esfuerzos y estabilizando la pieza para que no sufra deformaciones. En el tratamiento por horno (generalmente efectivo), las temperaturas altas reducen las tenciones del material, con un costo elevado y el proceso es de larga duración, en algunos casos da por resultado el deterioro de las propiedades del metal. Tratamiento de calor a la pieza soldar, esta tiene una deficiencia, ya que reflejan una disminución de la resistencia a la tensión y un aumento en la elongación. No se puede evitar la dilatación y contracción, pero se pero se pueden prevenir: Reducción de la fuerzas causantes de la contracción. Utilización de las fuerza que causan la contracción. Equilibrar las fuerzas de contracción. Y mediante las siguientes reglas se puede disminuir el calentamiento de las piezas y sus efectos:
Utilizar menor número posible de pasadas y cordones. No debe depositarse material excesivamente. Realizar soldaduras alternadas. Preparación geométrica de la pieza a unir. Ejecutar soldadura por retroceso.
3. Explique para qué se utiliza el proceso de recocido.
El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad. Suele emplearse para eliminar las tensiones del temple o eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío. Consiste en calentar un material por encima de las temperaturas de transformación a la fase austenítica (La austenita, también conocida como acero gamma (γ) es una forma de ordenamiento específica de los átomos de hierro y carbono. Esta es la forma estable del hierro puro a temperaturas que oscilan entre los 900 °C a 1400 °C), mantenerlo durante un tiempo previsto y luego enfriar lentamente. Recocido de sobre tensión Procedimiento: 1. Calentamiento a una temperatura entre 550° C y 650° C.
2. Mantenimiento de la temperatura entre 30 y 120 minutos de acuerdo al espesor de la pieza de trabajo. 3. Refrigeramiento lento y uniforme en ceniza caliente o en el horno. Recocido de ablandamiento Procedimiento: 1. Calentamiento a una temperatura entre 650° C y 750° C; también es posible un funcionamiento pendulante alterno de calentamiento y refrigeramiento mínimo a 723° C. 2. Mantenimiento del intervalo de temperatura entre 3 y 4 horas de acuerdo al tipo de material y del espesor del material. 3. Refrigeramiento lento. Recocido normal: A través de la deformación en caliente o en frio para el enderezamiento, doblaje, martilleo y fundición, así como en los alrededores de los cordones de soldadura se deforma la estructura del material y se refuerza parcialmente. Las propiedades de trabajo de piezas sometidas a gran esfuerzo y partes constructivas de la construcción de máquinas se hacen inapropiadas con esto. A través del recocido normal se compensan las irregularidades en la estructura y se alcanza una estructura de granulado fino. Procedimiento: 1. Calentamiento a temperaturas entre 750° C y 980° C conforme al contenido de carbono del material. 2. Mantenimiento de la temperatura conforme al espesor del material. 3. Refrigeramiento lento al aire. 4. ¿Por qué en general no es deseable usar acero en su condición de templado completo?
El temple es un tratamiento térmico al que se somete al acero, concretamente a piezas o masas metálicas ya conformadas en el mecanizado, para aumentar su dureza y resistencia (aumenta fragilidad y disminuye tenacidad). Se usa para la obtención de aceros martensíticos. La martensita es, tras la cementita, el constituyente más duro de los aceros. El proceso se lleva a cabo calentando el acero a una temperatura aproximada de 915°C (ente 725 ºC y 1000 ºC), en el cual la ferrita se convierte en austenita, después la masa metálica es enfriada rápidamente, sumergiéndola o rociándola en agua, en aceite o en otros fluidos o sales. Agua: es un medio rápido de enfriamiento. Se consiguen temples muy fuertes y se utiliza para templar aceros al C. Puede producir deformaciones y grietas.
Aceite: enfriamiento más lento. Se consiguen temples más suaves. Se utiliza para aceros aleados. Aire: es el enfriamiento más lento. Provoca casi aceros perlíticos. Hay dos tipos de temples, uno de ellos es el que se templa la totalidad de la pieza, incluyendo su núcleo. Y otro es el Temple superficial que solo templa su superficie externa, dejando blando el núcleo para que sea más flexible y tenaz, frente a la superficie que se transforma en dura y resistente al rozamiento. A las piezas templadas hay que darles un tratamiento posterior llamado revenido para eliminar las tensiones internas Las tensiones internas son producidas por las variaciones exageradas que se le hace sufrir al acero, primero elevándola a una temperatura muy alta y luego enfriándola. Si el temple es muy enérgico las piezas se pueden agrietar. En conclusión, debido a la fragilidad del Acero Templado y a las tensiones internas producidas por los cambios de volumen de la estructura martensítica, se debe realizar inmediatamente después del temple un tratamiento térmico de REVENIDO. El acero templado es muy frágil y tiene muchas tensiones internas que hay que reducir mediante un calentamiento a más baja temperatura. 5. ¿Por qué razones pueden necesitarse los recubrimientos o tratamientos superficiales para los productos manufacturados?
Las razones que pueden necesitarse los recubrimientos o tratamientos manufacturados, es para conseguir propiedades y características que las piezas necesitan para su vida útil. Es decir, se busca que los materiales en sus superficies sean resistentes a los trabajos de desgaste. La lubricación sobre la superficie tratada, puede proteger y hacer quesea resistente contra la corrosión y oxidación. Los productos manufacturados, necesitan mejorar la resistencia a la fatiga, modificar texturas especiales o proporcionar rasgos decorativos. Los tratamientos de superficies incluyen procesos diversos, como fundir todo tipo de materiales, desbarbarlos, pulirlos, tratarlos térmica o químicamente, acondicionarlos con lavados, fosfatados, pasivados, etc. para ser pintados, lacados, plastificados, vulcanizados, o bien, para ser tratados termoquímicamente mediante deposiciones de carbonos, nitruros, vapores para azulados, etc. También empleando hornos de atmósfera o de vacío, para superponer capas antidesgaste o de características mecánicas especiales. Igualmente existen tratamientos superficiales electroquímicos, como son los cincados, cromados, plateados, niquelados, anodizados, etc. o de superposición térmica mediante la adición de finas capas superficiales de cerámica, tungsteno, grafito, plata e incluso diamante, etc. en estado de plasma.
Tratamientos superficiales que no alteran la composición del material base:
Tratamientos térmicos diversos: temples, revenidos...
Tratamientos mecánicos de granallado y pulido...
Tratamientos químicos de desengrase, lavado...
Tratamientos superficiales que alteran la composición del material base:
Tratamientos termo-químicos de nitruración, carbonitruración, sulfinización.
Tratamientos superficiales con formación de una nueva capa sobre el material base:
Recubrimientos químicos (cromado, niquelado, plateado.)
Recubrimientos por deposición (física, química, de vapor o por plasma).
Recubrimientos por solapado térmico de otros materiales fundidos sobre el material base, como son: cerámicas, carbono, plata, titanio y otros tipos de aleaciones.
Recubrimientos de pinturas, lacas, plastificados, PTFE, etc.
6. ¿Cuál es el principal beneficio obtenido a partir del proceso de granallado?
Granallado es un proceso mediante el cual se elimina la calamina de un perfil laminado en caliente, esto produce una rugosidad homogénea que favorece la fijación del revestimiento. También produce un endurecimiento superficial (martelado) que tiende a la resistencia a la fatiga y mejora también, netamente, la resistencia de las piezas a la corrosión.
7. Inspeccione diversos productos en su casa: un artefacto eléctrico, un utensilio de cocina y un recipiente para líquidos y comente el tipo de recubrimientos que pueden tener.
I.
Artefacto eléctrico. en esta ocasión visualice un refrigerador en su lado de congelador. el cual está recubierto con una cerámica esmaltada color blanco, este resiste corrosión u oxidación (impermeabilidad), este le permite una mayor resistencia hacia las bajas temperaturas.
II.
Utensilio de cocina. en esta ocasión inspeccione una olla arrocera, la cual está hecha de acero inoxidable, en su interior está recubierta con una lámina de teflón el cual impide que las cosas se queden adheridas a esta y la protege de ralladuras y le entrega una superficie con diseño decorado, además esta superficie facilita su limpieza.
III.
Recipiente para líquidos. en esta ocasión analizare un termo para agua caliente, de uso personal, el cual está recubierto con un lamina de acero inoxidable, el cual le permite trabajar contra la oxidación y creación de sarro, ocasionado por el agua. y recubierto con una capa enlozada para mantener el calor,
BIBLIOGRAFIA.
IACC (2018). Tratamiento de materiales. Resistencia de los Materiales. Semana 7. IACC (2018). Tratamiento de materiales. Glosario. Semana 7. http://www.esab.com.ar/ar/sp/education/blog/dilatacion-y-contracion-de-los-metales-en-lasoldadura.cfm http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/7706-Los-tratamientos-de-superficiedentro-de-la-industria.html
