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8/18/2019 Trabajo individual 2.pdf

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TRABAJO COLABORATIVO 2

MATERIALES INDUSTRIALES

PRESENTADO POR. MARY LUZ PULIDO

CC 1123085702

PRESENTADO A: EDWIN BLASNILO RUA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS E INGENIERÍAS

INGENIERÍA INDUSTRIAL

ACACIAS 2016


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Trabajo individual

Diagramas de fases y cambios de estado.

Resolver los siguientes problemas propuestos:

1. Una fundición con 3% de C se encuentra en equilibrio a la temperatura

ambiente. Se sabe que la solución de C en el Feα a la temperatura ambiente

es de 0.008%. Con lo anterior determine:

a. Fases presentes en su composición.

b. Cantidades relativas de cada una.

Solución:

a) Concentración del 3% de C

Ferrita (Feα) + Cementita (Fe 3C)

b) Ferrita (Feα): 0.008%

Cementita (Fe3C): 6.67%

WFeα=(6.67 -376.67-0.008)*100=55%

WFe3C= 1-0.55*100= 45%

2. Del diagrama Fe-C que se adjunta, se pueden extraer los siguientes datos:

A 960°C el carbono puede disolverse en la austenita hasta un 1.5%

A 600°C el carbono puede disolverse en ferrita hasta un 0.067%

Se desea saber las fases presentes y su composición:

a. En una aleación con un 1% de carbono, a las temperaturas de 600 y 960°C


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b. En una aleación con el 2% de carbono, a la temperatura de 960°C

a. En la aleación con un 1% de Carbono, a las temperaturas de 600 y 960 ºC, nos

encontramos con Hierro α (Ferrita) y Cementita Fe3C (punto a1). 0,067% 6,67% Feα Fe C3

1% A 600 °C: 100 85,87 % 6,67 0,067 6,67 1 % ⋅ = − − Feα = 100 14,13% 6,67 0,067 1 0,067

% 3 ⋅ = − − Fe C = A 960 °C: nos encontramos con el 100% de Austenita pura (punto a2).

b. En la aleación con el 2 % de carbono, a la temperatura de 960 ºC, nos encontramos con

Austenita y Cementita (punto b).

% =6,67 − 2

6,67 − 1,5. 100 = 90,33%


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% =2 − 1,5

6,67 − 1,5. 100 = 9,67%

1. Proceso de fundiciones:

Explique detalladamente los siguientes procesos de fundición incluyendoesquemas e imágenes.

a) Fundición blanca : Son aquellas en las que todo el carbono seencuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son

aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones que tienen lugar

durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de

carbono.

La figura 1 muestra la microestructura típica de las fundiciones blancas,

la cual está formada por dendritas de austenita transformada (perlita),

en una matriz blanca de cementita. Observando la misma figura con

más aumentos, vemos que las áreas oscuras son perlita(fig. 2).

Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y resistencia aldesgaste, siendo sumamente quebradiza y difícil de mecanizar. Esta

fragilidad y falta de maquinabilidad limita la utilización industrial de las

fundiciones " totalmente blancas ", quedando reducido su empleo a

aquellos casos en que no se quiera ductilidad como en las camisas

interiores de las hormigoneras, molinos de bolas, algunos tipos de


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estampas de estirar y en las boquillas de extrusión. También se utiliza

en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricación

de fundición maleable.

b) Fundición gris: La mayor parte del contenido de carbono en el hierrogris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al

hierro su color y sus propiedades deseables.

Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución

El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena

fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.


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Microestructura del hierro gris (ferrita y perlita)

El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para

máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques decilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas

entre otras.

ClaseResistencia

a la tracción-psiDureza brinell Estructura

20 24000 130-180 F,P

30 34000 170-210 F,P,G

40 44000 210-260 P,G

50 54000 240-280 P,G

60 64000 260-300 B,G


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c) Fundición nodular: La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce enhornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra

caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma

de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del

horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio,

o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta

ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena

endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo

que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial.

Este tipo de fundición se caracteriza por que en ella el grafito aparece en forma de

esferas minúsculas y así la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos

que cuando se encuentra en forma laminar, esto da lugar a una resistencia a la

tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición

nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene

directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.

El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición

gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación

debido a la presencia de pequeñas cantidades de magnesio o cerio, las cuales se

adicionan al caldero antes de colar el metal a los moldes, la cantidad de ferrita

presente en la matriz depende de la composición y de la velocidad de

enfriamiento.


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Microestructura de la fundición nodular ferrítico perlítica

Las fundiciones nodulares perlíticas presentan mayor resistencia pero menor

ductilidad y maquinabilidad que las fundiciones nodulares ferríticas.

ClaseResistencia

psix1000Lím. fluencia

Dureza

brinell

alargamiento

(%)

60-40-18 42000 28000 149-187 18

65-45-12 45000 32000 170-207 12

80-55-06 56000 38000 187-255 6

100-70-03 70000 47000 217-267 3

120-70-02 84000 63000 240-300 2

d) Fundición maleable: Los hierros maleables son tipos especiales de hierrosproducidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas

fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una

microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma

combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura,

quebradiza y muy dificil de maquinar.


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Microestructura de la fundición maleable ferrítica

La fundición blanca se produce en el horno de cubilote, su composición y rapidez

de solidificación separa coladas que se transformarán con tratamiento térmico enhierro maleable. La fundición blanca también se utiliza en aplicaciones donde se

necesita buena resistencia al desgaste tal como en las trituradoras y en los

molinos de rodillos

e) Materiales compuestos:

Un material compuesto (“composite” o FRP fiber-reinforced polymer) es el

resultado de la combinación de dos o más materiales con el fin de obtener una

combinación única de propiedades.

Los materiales compuestos han sido ampliamente utilizados en la historia con el

fin de mejorar las propiedades de un material. De este modo durante siglos se ha

utilizado barro mezclado con paja para construir viviendas de adobe.

Los materiales compuestos reforzados con fibra se pueden separar

mecánicamente. La principal característica de estos materiales reside en que un

componente conforma una matriz que envuelve el resto de forma que los

materiales trabajen como uno solo, pero ambos seguirán mantenido sus formatos

originales por separado.

En el caso de los productos para refuerzo estructural, se utilizan fibras embebidas

en una matriz polimérica, siendo la más habitual la de resina epoxi. Esta (la matriz)

confiere rigidez y protección ambiental/química a las fibras. Por otro lado, las fibras

contenidas más habituales suelen ser de carbono, aramida y vidrio, aportando al

“composite” elevada resistencia a tracción y elevado módulo de elasticidad.


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Lo más importante a tener en cuenta es que la fibra es el componente que

“absorbe” los esfuerzos de tracción en la dirección axial a las mismas. En sentido

perpendicular a la dirección de las fibras, las propiedades resistentes serán

exclusivamente las que aporta la matriz polimérica, siendo claramente inferiores.

3. Tratamientos térmicos de los materiales.

Responda las siguientes preguntas de los tratamientos térmicos:

a) Principales propósitos de los tratamientos térmicos: Se trata devariar la temperatura del material pero sin variar la composición química.

Mejorar las propiedades de los metales y aleaciones, por lo general, de

tipo mecánico. En ocasiones se utiliza este tipo de tratamientos para,

posteriormente, conformar el material. b) Tipos de tratamientos térmicos aplicados a los aceros: El temple se

utiliza para obtener un tipo de aceros de alta dureza llamado martensita.

Se trata de elevar la temperatura del acero hasta una temperatura

cercana a 1000 ºC y posteriormente someterlo a enfriamientos rápidos o

bruscos y continuos en agua, aceite o aire.

El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Recuerdaque un acero templado es aquel que tiene una dureza muy alta (llamado

martensita), pero tiene el inconveniente de ser frágil y poco porque tiene

tensiones internas. El revenido consiste en calentar la pieza templada

hasta cierta temperatura, para reducir las tensiones internas que tiene el

acero martensítico (de alta dureza). De esto modo, evitamos que el


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acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza. La velocidad de

enfriamiento es, por lo general, rápida.

El recocido consiste en calentar un material hasta una temperaturadada y, posteriormente, enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el

caso anterior, para suprimir los defectos del temple.

El normalizado se practica calentando rápidamente el material hastauna temperatura crítica y se mantiene en ella durante un tiempo. A partir

de ese momento, su estructura interna se vuelve más uniforme y

aumenta la tenacidad del acero. c) Que son los tratamientos térmicos ISOTERMICOS, SUPERFICIALES

y TERMOQUIMICOS y sus principales características

ISOTERMICOS:calentamiento hasta austenizacion completa yenfriamiento con transformación isotérmica.

Austempering

Martempering

Reconocido isotérmico

SUPERFICIALES: operación cuyo objetivos es dotar al firme dedeterminadas características superficiales, sin pretender con ello un

aumento apreciable en sus cualidades resistentes ni en general en su

regularidad superficial. Podría decirse q conforma una capa de piel o

recubrimiento del firme.

TERMOQUIMICOS: A través de estos tratamientos se pretende mejorarlas superficiales de los materiales, principalmente su dureza y su

resistencia al desgaste y la corrosión.

Estos tratamientos consisten en unas fases de calentamiento y

enfriamiento de los metales, completadas con la adición de nuevos

elementos en la superficie de las piezas de manera que se modifica la


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composición química del metal, modificándose así sus propiedades en

la superficie del material

d) Cuáles son las tres etapas de tratamiento térmico (graficar) y cuáles el efecto de la temperatura en el tamaño de grano.Un tratamiento térmico consta de tres etapas que se presentan a

continuación: • Calentamiento hasta la temperatura fijada: La elevación

de temperatura debe ser uniforme en la pieza.

Permanencia a la temperatura fijada: Su fin es la completa

transformación del constituyente estructural de partida. Puede

considerarse suficiente una permanencia de unos 2 minutos por

milímetro de espesor.Enfriamiento: Este enfriamiento tiene que ser rigurosamente controlado

en función del tipo de tratamiento que se realice.

4. Solidificación de los metales: Explique detalladamente el procesode solidificación de los metales y la respectiva curva de solidificaciónde los metales puros, temperatura vs tiempoSolidificación

Calentamiento del metal


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Calor para elevar la temperatura hasta el punto de fusión,

Calor de fusión para convertir el metal de sólido a líquido y

Calor para elevar al metal fundido a la temperatura de vaciado.Vaciado del metal fundido

Es importante tener en cuenta.

La temperatura de vaciado (temperatura al introducir en el molde): sobre todoel sobrecalentamiento.

La velocidad de vaciado: si es lenta puede enfriarse antes de llenar, si es rápidagenera turbulencias.

La turbulencia: propicia la formación de óxidos y la erosión en el molde.

Vaciado del metal fundido

El metal se vierte directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto, ocerrado.

Una vez que la fundición se ha enfriado lo suficiente, se remueve del molde.Pueden necesitarse procesamientos posteriores.

Fundición con molde desechable: se destruye el molde para remover la fundición.Piezas más complejas

Procesos de fundición con molde permanente: puede usarse muchas veces.Piezas sencillas.

Proceso

Hay solidificación cuando:

Un núcleo con pequeños cristales

Crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la formación de una

estructura granular


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BIBLIOGRAFÍA

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/256599/256599%20Materiales%20Industriales/255__solidificacion_en_metales.html

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