me tales

METALES

DuctilidadMaleabilidadLustreConductividad eléctrica y térmica

Satisfacen una necesidad amplia de requerimientos de diseño:

Rigidez, dureza y resistencia elevadas (aleandose las aumenta)Tenacidad (capacidad de absorber energía)Conductividad eléctrica buena (enlace metálico, movimiento e electrones)Conductividad térmica buena (también por el tipo de enlace )

Bajo costo

Extracción y purificación del metal a partir de su estado natural implica un proceso químico y/o físico.

Forma inicial de los metales difiere dependiendo del proceso

Metal fundido (lingotes)Forjado (lupia, plancha, tocho)Pulverizado

Metales en Polvo (COMPUESTOS)SINTERIZADO

Ej:ACEROSSe utilizaran en nuevosProc. de DEFORMACIÖN

Ej: HIERROS COLADOS:Se utilizaran paraFUNDICION

LINGOTESSe obtienen de la fundición

LUPIAPLANCHATOCHOSe obtienen de procesosde laminación

POLVOSSe obtienen de un material metalico fundidopor tres procesos: atomización, reducciónquímica y electrolisis.


LUPIAPLANCHUELATOCHOSe obtienen de procesosde laminación

METALESFerrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundido

No ferrosos (Aluminio, cobre, estaño, magnesio, níquel, zinc, titanio, preciosos, etc.)

El hierro es un metal que tiende a oxidarse naturalmente con el oxígeno del aire, por lo que es necesario alearlo con otros materiales para que mejore las propiedadesque requiere la industria.

ALEACIONESMetal compuesto de dos o mas elementos, donde al menos uno es metálico.

Soluciones sólidas SUSTITUCIONAL aleación en la que un elemento se disuelve en otro para formar una estructura de fase única Fase: masa homogénea de material en la que todos los granos tienen la misma estructura reticular cristalina En esta Solvente o elemento base (metálico)+ soluto o elemento disuelto (puede ser no metálico)

-radio atómico similar (15%)-misma retícula cristalina-el solvente será aquel con menor estado de oxidación

-Átomo solvente-Átomo soluto

Fig 6.1 a ejemplo laton Zinc disuelto en cobreb ejemplo acero

METALESFerrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundido

No ferrosos (Aluminio, cobre, estaño, magnesio, níquel, zinc, titanio, preciosos, etc.)

El hierro es un metal que tiende a oxidarse naturalmente con el oxígeno del aire, por lo que es necesario alearlo con otros materiales para que mejore las propiedadesque requiere la industria.

ALEACIONESMetal compuesto de dos o mas elementos, donde al menos uno es metálico.

Soluciones sólidas INTERSTICIAL aleación en la que un elemento se disuelve en otro para formar una estructura de fase única Fase: masa homogénea de material en la que todos los granos tienen la misma estructura reticular cristalina En esta Solvente o elemento base (metálico)+ soluto o elemento disuelto (puede ser no metálico)

-radio atómico similar (15%)-misma retícula cristalina-el solvente será aquel con menor estado de oxidación

-Átomo solvente-Átomo soluto

ejemplo Aceros

METALES

PRODUCCIÓN DE HIERRO Y ACEROSa) Los yacimientos de mineral de hierrob) Fabricación de hierro (redución de los minerales) c) Fabricación de aceros d) Procesos de fundición que se efectúa en la acería

(refinación del hierro)

Hematita Fe2O3 (oxido férrico) (ley 70%) MagnetitaSideritaLimonita

En los yacimientos varía del 50% al 70% el hierro en función de ley en mena.

Reciclaje: desechos como otra fuente de obtención.

METALES

Alto hornoEs una cámara refractaria Coque: combustible de carbono que se obtiene de calentar carbón en una atmósfera escasa de O que luego se rocía con agua para ser enfriado.-Proporciona calor-Produce monoxido de carbono (CO) para reducir el mineral de hierro.

PRODUCCIÓN DE HIERRO Y ACEROSa) Los yacimientos de mineral de hierrob) Fabricación de hierro (redución de los minerales) c) Fabricación de aceros (refinación del hierro)d) Procesos de fundición que se efectúa en la acería

Fe2O3 + CO 2FeO + CO2

CO2 +C(coque) 2CO

FeO + CO Fe + CO2

CaCO3 + CaO +

2 tn mineral de hierro1 tn coque0,5 tn caliza3,5 tn de gases

Hierro de primera fundición (arrabio)contiene 4% C - impurezas 0,3 - 1,3% Si / 0,5 - 2% Mn / 0,1 - 1% P / 0.02 - 0.08 SPara el acero industrial se necesita mas refinación

síliceazufealúmina

Hematita Coque

Oxido férrico

Oxido ferroso

Carbonato de calcioT

Escoria C02

METALES

c) Refinación del hierro y Fabricación de acerosHorno de oxígeno básico (BOF)

PRODUCCIÓN DE HIERRO Y ACEROSa) Los yacimientos de mineral de hierrob) Fabricación de hierro (redución de los minerales) c) Fabricación de aceros (Refinación del hierro)d) Procesos de fundición que se efectúa en la acería

METALES

c) Refinación del hierro y Fabricación de acerosHorno de oxígeno básico (BOF)


C Si Mn

O2

COSiO2

MnOP P2O5

+ Escoria

Impurezas del Arrabio

El porcentaje dismimuye en forma casi lineal con el tiempo lo que hace controlable al proceso

METALES

c) Refinación del hierro y Fabricación de acerosHorno eléctrico


METALES


Fundición continua

METALES


Fundición de lingotes

MINERAL DE Fe

HematitaMagnetitaSideritaLimonita

MenasR

ed

ucc

ión

HIERRO ACERO

Alto Horno:-coque-caliza-mineral de Fe

CombustiónReducción A

lea

ció

n+

Re

fina

ció

n

Horno de oxigeno basicoHornos electricos

ARRABIO +Oxigeno:- Combustión- +Temperatura

DE FORMADO - Fundición - Procesamiento de partic. - Procesos de deformación

CSiMnP

OxidanEscoria

1 P

RO

CE

SA

MIE

NT

O

DE FORMADO - Fundición - Procesamiento de partic. - Procesos de deformación - Remoción de material

DE MEJORA DE PROPIED. -Tratamientos termicos

DE PROCESAMIENTO DESUPERFICIES

-Limpieza -Recubrimientos

LINGOTESLUPIAPLANCHATOCHO

2 P

RO

CE

SA

MIE

NT

O


Ej: HIERROS COLADOS:Se utilizaran paraFUNDICION

LINGOTESSe obtienen de la fundición

LUPIAPLANCHATOCHOSe obtienen de procesosde laminación

METALES

Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundido

No ferrosos

METALES

ACEROScontenido de C 0.02% a 2.11%tambien: manganeso, cromo, niquel, molibdenoDiferentes formas comerciales

1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas

Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos

fase alfa (Ferrita)

fase gama (austenita)

Transformaciones sólidas

fase delta (líquida)

METALES

ACEROScontenido de C 0.02% a 2.11%tambien: manganeso, cromo, niquel, molibdenoDiferentes formas comerciales



METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas

AISI (American Iron and Steel Institute) y SAE (Society of Automotive Engineers)10XX : donde 10 indica que es un acero al carbono simple y XX señala el % de C1020 tiene 0.2% de C

C como elemento principalen pequeñas otros elementos (0.5% manganeso)+Resistencia


METALES

1 Aceros al bajo C: menos de 0.2%. Son los mas utilizadosFáciles de dar forma en piezas que requieren una resistencia poco elevada.Ejmp Piezas automotrices de lámina, placa de acero para fabricación y vías férreas.


2 Aceros al medio C: del 0.2% al 0,5% de C. Aplicaciones que requieren mayor resistencia.Ej. Componentes de maquinas, piezas de motores(cigüeñal, rodillo de transmisión, etc)

3 Aceros al alto C: + del 0,5% de C. Aplicaciones que requieren mayor resistencia, rigidez y dureza.Ej. Resortes, herramientas de corte, piezas resistentes al desgaste.Pueden ser tratados para térmicamente para formar martensita lo quelos hace muy duros y fuertes.

El contenido de C proporciona resistencia y dureza al acero, pero reduce la ductilidad.SAE 1045 Parte externa de una matriz de inyección de plastico



Son aleaciones de Fe-C + elementos adicionales que totalizan menos del 5% del peso.Las adiciones proporcionan propiedades mecánicas superiores a los aceros al C:Resistencia, dureza, dureza en caliente, resistencia al desgaste, tenacidad y sus combinaciones.El tratamiento térmico se requiere para lograr propiedades mejoradas.No sueldan con facilidad



Cromo (Cr):Mejora la resistencia, dureza, desgasteEficaz para incrementar la templabilidadMejora la resistencia a la corrosiónUtilizado en rodamientos, bolillas, discos.

Manganeso (Mn):Mejora la resistencia y la durezaMejora la templabilidad cuando se encuentra calienteMuy utilizado en aleaciones de acero

Molibdeno (Mo):Incrementa la tenacidad y dureza en calienteMejora la templabilidadForma carburos (compuesto químico formado por C-2 y un metal) que dan resistencia al desgaste

Níquel (Ni):Mejora la resistencia y la tenacidadIncrementa la dureza pero no tanto como las otras aleacionesMejora la resistencia a la corrosiónEs el ingrediente principal para ciertos tipos de aceros inoxidables

Vanadio (V);Mejora la resistencia y la tenacidad al inhibir el crecimiento de granosdurante el procesamiento a temperaturas elevadasForma carburos que incrementan la resistencia al desgaste

Aceros de alta resistencia y baja aleación:Carbono desde 0,1 al 0,30% + 3% de Mn, Cu, Ni y CrSon rolados en caliente (HR)Mas resistentes que los aceros simples al carbono sin sacrificar facilidad de dar forma y soldarLa resistencia se da por medio de una aleación de solución sólidaEl tratamiento térmico no es factible debido a su bajo contenido de carbonoEj: columnas, recipientes, tanques, equipos de aire acondic,, etc

50XX52XX

13XX

61XX

40XX

20XX

HSLA


METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientasGran resistencia a la corrosiónElemento principal Cromo (+ del 15%)Forma una película de óxido impermeable, delgada, que en atmósfera oxidanteprotege a la superficie de la corrosión

También el níquel se emplea contra la corrosiónEl carbono le da resistencia y dureza al metal, pero cuanto mas carbono menor es la protección a la corrosiónAdemas de la resist. a la corrosión combinan resistencia y ductilidad.Pero no son fáciles de trabajar en la manufactura.Caros en relación a los aceros al carbono y los aceros de baja aleación.

Ferrita

austenita



AUSTENICOS:18% Cr - 8% NI Tambien se los identifica como 18-8Son los mas resistentes a la corrosiónNo son magnéticosMuy ductilesEndurecen al estar sometidos a trabajos significativos.El niquel agranda la región austénica en el diagrama de fase Fe-C.Empleo: equipos químicos y alimentos. Piezas mecánicas que requieran alta resistencia a la corrosión.

FERRITICOS.15 al 20 % de Cr - poco C y nada de NiProduce una fase ferrita a temp. ambienteSon magnéticosDúctiles y resistentes a la corrosiónEmpleo: utensillos de cocina, componentes de motores a reacción.

MARTENSITICOSContenido de C + elevado que los ferriticos lo que permite que se le dé + resistenciaa través de Tratamientos térmicos.Tienen hasta 18% Cr y nada de NiFuertes, duros, resistentes a la fatiga.No son tan resistentes a la corrosión.Empleo: instrumentos de corte y quirurgicos.



Clase de aceros diseñados para uso en herramientas de corte industrial, troqueles y moldes.Resistencia elevada.Dureza y dureza en caliente.Resistencia al desgaste.Tenacidad a los impactos.lEstas caracteristicas pueden ser mejoradas tratadas termicamente.



T,M Tungsteno- MolibdenoAceros para herramientas de alta velocidad.Resistentes al desgasteDureza en calienteEj: herramientas de corte en procesos de maquinado.

HAceros de Herramientas para trabajos en calienteTroqueles de trabajo en caliente para forjadoMoldes de fundición y extrusión

DAceros de herramientas para trabajos en fríoTroqueles para trabajos en frio: Moldear láminas metálicas extrusión en frío forja

WAceros para herramientas de endurecimiento por aguaElevado contenido de C pero poco o nada de otros elementos.Se endurecen por enfriamiento rápido en agua.Muy usados por su bajo costo.Se limita a aplicaciones de temperaturas bajas.Ej: troqueles de cabezales en frío.

SAceros de herramientas resistentes a golpesAplicaciones que requieren mayor tenacidadCortes de láminas, punzonado, doblado.

PAceros para moldesPlásticos, cauchos

No son los únicos usados en herramientasTambien 1-2-3Hierros coladosAleaciones no ferrosasCerámicos (abrasivos)


METALESFerrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos

HIERROS COLADOSAleación de Fe + 2,1% a 4% de C1% a 3% de Silicio (apropiado como material de fundición)

Hierro colado GRISHierro DúctilHierro colado blancoHierro maleable




Es el mas importante de los hierros colados2.5 a 4% de C- 1 a 3% SiEsta química genera la formación de escamas de grafito (carbono) distribuidas en todo el cuerpo fundidohasta que solidifica.Cuando se fractura la superficie presenta un color gris.La dispersión de las escamas de grafito proporciona: -Buen amortiguamiento a la vibración -Lubricación interna lo que lo que lo hace maquinableTiene mayor resistencia a la compresión que a la tensiónLa ductilidad es muy bajaEs frágil.Ej: Bloques y cárteres de motores, carcasas de motores y bases para máquinas herramientas.




Tiene la composición del grisCuando está fundido recibe un tratamiento químico antes de ser volcado o vaciado.Esto genera la formación de esferas de grafito en lugar de escamas.Lo hace mas dúctil y fuerte.Ej: piezas de maquinas que requieren resistencia y resistencia al desgaste.




Menos C y menos Si que el GrisSe forma por un enfriamiento mas rápido del metal fundido después del vertido.Hace que el C permanezca combinado con el Fe en forma de cementita (Fe3C) en vez de presipitarsede la solución en forma de escama.Cuando se fractura la superficie es cristalina y blanca. La cementita proporciona dureza y fragilidad. Su resistencia al desgaste es excelenteEj: zapatas de frenos de ferrocarril.




Cuando las piezas fundidas de hierro colado blanco se tratan termicamente para separar el C de la solución y formar agregados de grafito.La nueva microestructura posee ductilidad de hasta un 20% mayor que la del hierro blanco inicial.Ej: ajustes y visagras para tubos, componentes para máquinas

Tratamiento térmico:Procesos de calentamiento y enfriamiento, para generar cambios microestructurales de un material.Pueden realizarse en varios momentos durante la secuencia de manufactura de una pieza.Antes de procesos de formado (ablanda la pieza)Durante un proceso de formadoAl finalizar para lograr dureza y resistencias requeridas.

RECOCIDOFORMACIÓN DE MARTENSITA (TEMPLE)ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓNENDURECIMIENTO SUPERFICIAL.

Reduce la dureza y fragilidadAlterar la microestructura para obtener las propiedades mecánicas deseadasRecristalizar los metales trabajados en frio (endurecidos por deformación)Aliviar sfuerzos inducidos por los procesos de formado previo.

METALES Tratamientos térmicos

me tales

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