MATERIALES METÁLICOS

INDICE:

1. Clasificación
2. Enlace metalico
3. Caracteristicas físicas/quimicas de los mateliales mecanicos
4. Estructura interna de los materiales mecánicos
5. Pureza y aleaciones
6. Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos
7. Reciclado de los materiales metalicos
8. Oxidación y corrosión            

1.CLASIFICACIÓN

Los metales se caracterizan por ser buenos conductores de la corriente eléctrica y calor, son dúctiles y maleables, presentan un brillo metálico, todos son sólidos, excepto el mercurio; tienen una alta densidad pero una de sus propiedades más significativas, es que cuando se unen a otros elementos, pierden electrones formando iones positivos.

Los metales y aleaciones clasifican en ferrosas y no ferrosas, atendiendo a que en su composición exista Fe o no. 

A su vez se subdividen en:

FERROSAS:

-Aceros: Contienen entre 0,05-2% de peso en C.

-Aceros inoxidables: Requieren aleación de elementos para evitar ser dañados por ambientes corrosivos.

-Hierro fundido: Contenido en Fe superior al 2%. Las propiedades mecánicas son inferiores.

NO FERROSAS:

Aleaciones de Al, Mg, Ti, Cu, Ni y Zn.

-Materiales refractarios.

-Metales preciosos.

¿De qué están hechos los coches? 

Aquellos tiempos en los que el hierro y la madera eran los materiales predominantes en la construcción de un coche han pasado a la historia. Ahora hablamos del magnesio, del aluminio o de las fibras de carbono.

Aluminio 

Utilizado para bastantes elementos del bastidor, del motor, de los asientos y en capós y llantas.

Este coche me ha parecido bastante interesante ya que esta hecho completamente a mano de aluminio.

Cerámica

El empleo más conocido de la cerámica es en los discos de freno de automóviles de altísima gama, como por ejemplo los Porsche –en algunas versiones, incluso son opcionales-. Este material también se utiliza como base en los catalizadores (después se recubren de metales preciosos).

Fibra de carbono

Es el mas utilizado en los coches deportivos, o en los coches de alta gama , es mas resistente a la fisión y es muy liviana ya que con este material se puede fabricar piezas para el motor y es muy resistente a la calor.

Este es el caso del Lamborghini Gallardo, con carrocería de fibra de carbono.

Hierro y acero

Son los mas utilizados por su excelente calidad para ensambles del automóvil : chasis, puertas, capós, llantas, suspensiones

Líquidos y gases

Lo más importante de los líquidos que forman parte de un vehículo es su delicado reciclaje. El aceite lubricante, el agua destilada de la batería, la valvulina, el líquido de frenos o de la dirección deben ser tratados con especial atención. Si se vierten al medio ambiente, son muy dañinos. Todavía muchos coches utilizan el gas CFC en sus aires acondicionados, aunque éste está prohibido desde hace años porque destruye la capa de ozono.

Magnesio

Es utilizado en el esqueleto de los volantes, los armazones de los asientos, las traviesas de los salpicaderos y hasta el cárter del motor ya son de magnesio.

Metales preciosos

Platino, rodio o paladio son los metales más utilizados en los catalizadores. Gracias a sus características químicas –son capaces de “atrapar” el hidrógeno procedente de la combustión-, resultan muy útiles para controlar las emisiones contaminantes.

Otros metales y minerales

El titanio muy duro y resistente se emplea en tornillería; el cobre se puede encontrar en los cableados y el zinc se utiliza para recubrir la carrocería antes de la pintura como parte importante del tratamiento anticorrosión.

Plásticos

Este material se puede encontrar en muchas de las piezas de un automóvil. Depende de la formulación que tenga para que su función sea una u otra. Los más utilizados son los termoplásticos y los elastómeros. Dentro de los primeros, se incluyen el polipropileno (PP), el polietileno (PE), la poliamida (PA) y el poli cloruro de vinilo (PVC). En el grupo de los segundos, se pueden hallar aquellos que están reforzados con fibra y aquellos que no.

Vidrio

Los compuestos plásticos están sustituyendo al vidrio, pero éste todavía está presente en las lunas delantera y trasera, cristales laterales y, en ocasiones, techos solares. Las investigaciones actuales trabajan en la sustitución de lunas traseras y laterales por policarbonatos; según se calcula, se podría reducir el peso total en un 40 por ciento.

2.ENLACE METALICO 

En metales en estado sólido, los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina. Los electrones de valencia no están por lo tanto asociados férreamente a un núcleo en particular y así es posible que se extiendan entre los átomos en forma de una nube electrónica de carga de baja densidad o gas electrónico. Los átomos en un enlace metálico sólido se mantienen juntos para lograr un estado de más baja energía (más estable). Para el enlace metálico no hay restricciones sobre pares electrónicos como en el enlace covalente o sobre la neutralidad de carga como en el enlace iónico.

Para explicar las propiedades características de los metales (su alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad, ...) se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones:

Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.

3.CARACTERÍSTICAS FÍSICAS/QUÍMICAS

1. Propiedades físicas 

Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades físicas. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto es rosáceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. En otros metales aparece más de un color, y este fenómeno se denomina pleocroísmo. El punto de fusión de los metales varía entre los -39 °C del mercurio y los 3.410 °C del wolframio. El iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el más denso de los metales. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La mayoría de los metales cristalizan en el sistema cúbico, aunque algunos lo hacen en el hexagonal y en el tetragonal (véase Cristal). La más baja conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la más alta a temperatura ordinaria la plata. (Para conductividad a baja temperatura véase Criogenia; Superconductividad.) La conductividad en los metales se puede reducir mediante aleaciones. Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse. Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente de dilatación extremadamente bajo. 

Los metales suelen ser duros y resistentes. Aunque existen ciertas variaciones de uno a otro, en general los metales tienen las siguientes propiedades: dureza o resistencia a ser rayados; resistencia longitudinal o resistencia a la rotura; elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación; maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo; resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas, y ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas. Ver Ciencia y tecnología de los materiales. 

2. Propiedades químicas

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos (véase Ácidos y bases; Reacción química).

4.ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES METÁLICOS

Los materiales están formados por varios elementos.

Molécula

Es la mínima proporción de la materia que conserva las propiedades de un material.

Átomo

El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

Átomo con sus componentes

Pero lo que le da sus propiedades es su estructura cristalina.

La estructura física de los sólidos es gracias a la colocación de sus átomos, moléculas y las fuerzas que las unen.

Dependiendo de cómo sean las celdas de los cristales hay 7 sistemas cristalinos y 14 retículos espaciales diferentes.

Redes Cristalinas

Cristales Metálicos.

La estructura de los cristales metálicos es más simple porque cada punto reticular del cristal está ocupado por un átomo del mismo metal.

Se caracterizan por tener pocos electrones débilmente ligados a sus capas más externas. Están cargados positivamente.

Características más comunes:

   1.Buena conductividad eléctrica.

   2.Buena conductividad  térmica.

   3.Alta resistencia mecánica.

   4.Rigidez.

   5.Ductilidad.

El 90% de los Metales cristalizan en 3 estructuras densamente empaquetadas:

• BCC (cúbica centrada en el cuerpo):Hay un átomo en cada uno de los vértices de la red cúbica y otro en el centro.

Cúbica centrada en el cuerpo.

• FCC (Cúbica centrada en las caras): Hay un átomo en cada uno de los vértices de la red cúbica y otro en el centro de cada cara.

Cúbica centrada en las caras. (Diamante)

• HCP (hexagonal compacta): Hay un átomo en cada uno delos vértices, tres en el centro y uno en la cara superior e inferior.

Hexagonal compacta.

5.PUREZA Y ALEACIONES

Elementos puros (aquel elemento cuya concentración es mayor al 99%)

Aleaciones (es la combinación de dos o más elementos de los cuales al menos uno es metálico e imparte las propiedades metálicas al material)

Aleaciones:

•  Ferrosas
•  No ferrosas

Aleaciones ferrosa

• aceros es una aleación fe-c, cuyo contenido de carbono es de 0.008 a 2.0%
• fundiciones es una aleación fe-c, cuyo contenido de carbono es de 2.0a 6.67% c

Clasificación de los aceros según el contenido de carbono

• bajo carbono (hasta 0.25%)
• medio contenido de carbono(0.25-0.55%)
• alto carbón(mas de 0.55%)

Aceros aleados

• baja aleación( suma de elementos aleados menor a 10%)
• alta aleación:aceros inoxidables,aceros refractarios,aceros grado herramienta y aceros aplicaciones especiales.

Aceros inoxidables:un acero inoxidable es una aleaccion hierro-carbono, donde se tiene la adicion de cromo en un contenido porcentual nominal minimo de 12%.

• ferri tico (AISI 400)
• martensiticos (aisa 400 y 500)
• austeniticos ( aisa 200 y 300)

Aceros inoxidables ferri ticos 

• contenidos de cromo de 12-18%en combinación con bajos contenidos de carbón. 
• su resistencia a la corrosión es de moderada a buena. 
• magnéticos ,no endurecibles por ttt y siempre son utilizados en la condición de recocido. 
• su soldabilidad es muy baja por lo que su uso se encuentra limitado a espesores bajos( laminas).

Aceros inoxidables martenciticos

Su contenido en cromo de 12-18% y carbono de 0.1 a 1.2% 

• resistencia moderada a la corrosión 
• enduresibles por ttt 
• baja soldabilidad 
• magnéticos

Aceros inoxidables austenticos

• cromo 18%, nique l8% y carbono 0.1% 
• excelente resistencia a la corrosión 
• no son eduresibles por ttt, pero pueden incrementar su dureza por trabajado en frio 
• excelente soldabilidad y maleabilidad 
• no son magnético y son funcionales en temperaturas extremas (temperaturas criogénicas y temperaturas de hasta 925ºC)

6.HISTORIA DE LA HUMANIDAD RELACIONADA CON LOS MATERIALES METÁLICOS

La Prehitoria.

Durante la prehistoria, el ser humano descubrió el cobre,el oro,la plata y el hierro meteorico. Estos metales,que se encontraban en estado puro,fueron trabajados con técnicas rudimentarias para confeccionar adornos y otos objetos.

El inicio de la metalurgia se produjo cuando los humanos d el Neolítico descubrieron que,a elevadas temperaturas,estos materiales se podían fundir y modelar para obtener objetos nuevos.

La Edad del Bronce.

Hacia el año 3000a.c se inicia la metalurgia de un nuevo material:el bronce,que se obtenía mezclando cobre y una pequeña parte de estaño.Los materiales se fundían en un horno capaz de alcanzar temperaturas elevadas(cercanas a 1000 grados).El bronce se utilizaba par fabricar armas,herramientas y objetos decorativos.

La Edad del Hierro.

En torno al año 1400a.c.una tribu situada en Armenia,los calibes,comenzó a fabricar hierro.Así se inicio ña llamada Edad del Hierro,a lo largo de la cual se fue generalizando el uso de este metal.El proceso consistía en calentar repetidamente un utensilio de hierro en un fuego de carbón vegetal y después golpearlo hasta darle la forma deseada.De esta manera,la superficie del hierro absorbía partículas de carbón,ganaba dureza y se convertía en acero.

7.RECICLADO DE LOS MATERIALES METÁLICOS 

La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a procesare creando nuevos metales. Metales como aluminio, plomo, hierro, acero, cobre, plata y oro son reciclados fácilmente cuando no están mezclados con otras sustancias, porque pueden ser fundidos y cambiar de forma o adoptar la misma anterior. De estos materiales, el hierro es el que tiene mayor demande comercial. El reciclaje del aluminio esta incrementándose bastante debido a que una lata, producto de reciclaje, requiere solo una parte de la energía necesaria para elaborar una lata similar con materas primas. Si recuperáramos todos estos metales serian una gran fuente de materias primas.

Los yacimientos (de donde se extraen industrialmente el metal), son depósitos de los mismos y están siendo poco a poco agotados. En los nuevos yacimientos se debe invertir mayor capital, ya que se encuentran mas adentrados en la corteza terrestre y en lugares muy remotos para el centro de producción. El cobre, desde los 80, procede de lugares como chile, Zambia, Zaire, Papúa, Nueva-Guinea, lugares muy lejanos del centro de producción. En 1990, para obtener los, casi, 9 millones de toneladas de cobre que se produjeron hizo falta extraer y reprocesar 990 toneladas de mineral.

8.OXIDACIÓN Y CORROSIÓN

OXIDACIÓN

Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. Material + oxígeno è óxido del metal ± energía Signo (+) = indica que la reacción es exotérmica è favorece la formación de óxido Signo (-) = indica que la reacción es endotérmica è dificil oxidación

Velocidad de oxidación (I): La velocidad es un factor decisivo de la vida útil de los equipos industriales, debido a que las propiedades mecánicas de los materiales empeoran considerablemente tras sufrir oxidación. La velocidad de oxidación no es constante sino que depende entre otros factores de: La temperatura Presión del oxígeno en la atmósfera oxidante. Temperatura á è oxidación más rápida Presión á è oxidación más rápida

Velocidad de oxidación (II): Ejemplo: metal divalente (nº de oxidación 2) Su oxidación se realizará de acuerdo con la siguiente reacción: M + ½ O 2 è MO Esta reacción global se puede descomponer en dos parciales: Reacción de oxidación (pérdida de electrones)

     M è M 2+ +2e - Reacción de reducción (ganancia de electrones) ½ O 2 +2e - è O 2-

Aspectos de la oxidación: El óxido aparece en la superficie y se pueden presentar varios casos: Que la capa de óxido sea porosa y permita que la oxidación siga avanzando (como le ocurre al magnesio o al hierro) Que la capa de óxido sea adherente e impermeable y proteja al metal (como ocurre con el aluminio o el cromo). METAL ÓXIDO ATMÓSFERA OXIDANTE

CORROSIÓN 

Es un caso especial de oxidación en el que al encontrarse en un ambiente húmedo y conductor de la electricidad , la capa de óxido no se deposita sobre el material protegiéndolo del avance de la oxidación, sino que este se disuelve (corroe).

Proceso de corrosión El proceso de corrosión normalmente se debe, en la mayoría de los casos, a reacciones de tipo electrolítico. Está basado en la formación de celdas electroquímicas , en las que aparece un ánodo (lugar donde se ceden electrones - se produce la oxidación) un cátodo (aquel que recibe los electrones - se produce una reducción) y un electrolito o medio conductor a través del cual se mueven los iones.

Factores que aumentan la velocidad de la corrosión: m=masa de material corroído I=Intensidad que se genera. t=Tiempo que dura la corriente. M=Masa molecular del metal. n=Valencia del ión metálico. f=Constante de Faraday (96.500Culombios/mol)

Tipos de corrosión: Dependiendo de la calidad del metal y de los factores que intervienen : General o Uniforme: Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. Corrosión electroquímica o corrosión en líquidos . En este caso, el metal es atacado por un agente corrosivo en presencia de un electrolito. (Un electrólito o electrolito es cualquier sustancia, normalmente líquida, que contiene iones libres, que se comportan como un medio conductor eléctrico. Normalmente un electrolito es una disolución, en la que el disolvente suele ser agua y el soluto otra sustancia). El ejemplo más conocido es el agua del mar (el cloruro sódico es un agente corrosivo), que actúa como electrolito.

Tipos de corrosión: Por erosión: Cuando el movimiento de un agente corrosivo sobre una superficie de metal acelera sus efectos destructivos debido al desgaste mecánico. Corrosión por Picadura: Las picaduras son una de las formas más destructivas de corrosión pues es una causa potencial de falla en equipos debido a la perforación y/o la penetración.

Protección contra la corrosión: Protección por recubrimiento : Es decir, crear una capa o barrera que aísle el metal del entorno. Dentro de este tipo de protección podemos hallar: Recubrimientos no metálicos : siendo los más comunes... Pinturas y barnices: Es económico y exige que la superficie esté limpia de óxidos y grasas. Plásticos: Son muy resistentes a la oxidación y son flexibles, pero apenas resisten el calor. El más empleado es el PVC. Esmaltes y cerámicos: Tiene la ventaja de resistir las altas temperaturas y el desgastes.

Protección contra la corrosión: Recubrimientos metálicos : Inmersión : Se recubre el metal a proteger en un baño de metal fundido. El metal al solidificar forma una fina capa protectora. Los metales más empleados son... a) Estaño (la técnica se llama estañado): latas de conserva b) Aluminio: (la técnica se llama aluminización): Es económico y con calidad. c) Plomo: (la técnica se llama plombeado): Para recubrir cables y tuberías. d) Cinc: (la técnica se llama galvanizado): Para vigas, vallas, tornillos,... y otros objetos de acero. Electrodeposición : En este caso se hace pasar corriente eléctrica entre dos metales diferentes que están inmersos en un líquido conductor que hace de electrolito.

Protección contra la corrosión: Protección por capa química : Se provoca la reacción de las piezas con un agente químico que forme compuestos en su superficie que darán lugar a una capa protectora. Por ejemplo: Cromatizado: Se aplica una solución de ácido crómico sobre el metal a proteger. Se forma una capa de óxido de cromo que impide su corrosión. Fosfatación: Se aplica una solución de ácido fosfórico y fosfatos sobre el metal. Se forma una capa de fosfatos metálicos que la protegen del entorno.

Protección contra la corrosión: Protección catódica : Se fuerza al metal a comportarse como un cátodo, suministrándole electrones. Se emplea otro metal que estará en contacto con el metal que se desea proteger, llamado “ánodo de sacrificio”, el cual se corroe y acaba destruyéndose aportando electrones al metal.

Protección contra la corrosión: Inhibidores : Se trata de añadir productos químicos al electrolito para disminuir la velocidad de la corrosión. Ejemplo: Sales de cromo. Se echan a los radiadores de los coches.

PRACTICAS 1 EVALUACIÓN

Es hora de hacer un resumen de lo visto en esta primera evaluación,en mi grupo nos hemos dedicado a la elaboración de los trapecios inferiores delanteros del Super Seven,un coche de la compañía Caterham producido a partir del año 1992.

Para ello hemos empezado recortando una chapa de (3 mm) y 500x345mm,esta sera la base a la cual se asentaran despues los demas elementos.

En la foto se puede apreciar el plano con el que hemos trabajado.                                                      

Una vez hecha la base hemos realizado las mediciones oportunas tanto para encuadrar la biga situada en el extremo de la base,de 25x25mm y 345mm de largo(ancho de la base); así como para ambas placas donde se asentaran posteriormente los tubos,dichas placas con medidas de 195x124mm con un angulo determinado.

Para realizar los cortes de ambas a sido necesario una rotaflex de disco fino para un mejor acabado de a pieza,posteriormente han sido lijadas con una lija fija.

Una vez hecha la pieza hemos superpuesto otra encima añadiéndoles unos puntos de soldadura para fijarlas como se ve en esta foto,después de esto es necesario volver a lijar los restos sobrantes de la soldadura.

A continuación se a cortado otra chapa de 94x51mm y se le a dado forma de cuadrado con un ligero angulo y dos agujeros de 11 de diámetro(aqui es donde ira la pieza que una ambos tubos)

Para finalizar hemos soldado todas las piezas a la base quedando una base solida donde asentar el trapecio.

Pieza base trapecio

TEMA 5

Indice

PROPIEDADES MECÁNICAS

1. Elasticidad
2. Plasticidad
3. Fragilidad
4. Tenacidad
5. Dureza
6. Resilencia
7. Acritud 
8. Maquinabilidad

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICA

1. Transparencia
2. Oxidación
3. Conductividad térmica
4. Conductividad eléctrica
5. Dilatación térmica

PROPIEDADES MECÁNICAS

1.ELASTICIDAD

Se trata de la capacidad de ciertos materiales de sufrir deformaciones cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si se eliminan estas fuerzas exteriores que lo deformaban.Un claro ejemplo puede ser la suspension de un coche en forma de muelle.

2.PLASTICIDAD

Es lo contrario a la elasticidad, se puede definir como la propiedad que hace que un material pueda deformarse fácilmente y de forma permanente, aplicando fuerzas de poca intensidad. El material plástico por excelencia será la plastilina; su nombre hace, por tanto referencia a esta propiedad. También reciben su nombre de esta característica los plásticos, ya que son fácilmente moldeables.

•  La ductilidad es un tipo determinado de plasticidad.Un material es dúctil cuando es fácilmente deformable en forma de hilos sin romperse. Un ejemplo de material dúctil es el cobre que lo podemos transformar fácilmente en hilos.

• La maleabilidad es otro tipo de plasticidad. Hablamos de un material maleable cuando es fácilmente deformable en forma de láminas sin romperse. Un ejemplo de material muy maleable es el oro, material con el que podemos fabricar láminas de tan solo una micras de grosor (pan de oro).  

La plasticidad es una propiedad importante, cuando tenemos que darle a una pieza formas complejas, mediante deformación.

3.FRAGILIDAD

Es básicamente la capacidad que tiene un material de romperse con escasa deformación o también dicho como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación.
La rotura frágil absorbe poca energía, a diferencia de la rotura dúctil, que absorbe mucha energía.
La fragilidad de un material además se relaciona con la velocidad de propagación o crecimiento de grietas a través de su seno. Esto significa un alto riesgo de fractura súbita de los materiales con estas características una vez sometidos a esfuerzos

4.TENACIDAD

Hablamos de tenacidad cuando un material tiene la habilidad para absorber energía durante la deformación plástica.Cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la acción de un esfuerzo progresivo.

Como propiedad física de los materiales, la tenacidad es la energía que absorbe un material, con las consecuentes deformaciones que el mismo adquiere, antes de romperse. Por eso el concepto está asociado a la resistencia y supone una medida de la cohesión de las cosas.La tenacidad de un material depende directamente de cómo esté constituido el mismo, de su estructura molecular.

- Se mide con el ensayo: tensión-deformación.
- La tenacidad se utiliza mucho, pero es difícil de medir. La forma de concretar el concepto es calcular el área bajo la curva de esfuerzo-deformación.



5.DUREZA

La dureza mide el grado de oposición de un material a ser rayado o a desgastarse. Un material es mas duro que otro si no puede ser rayado por el.

- La dureza suele ir unida a la fragilidad, cuando mas duro es un material mas frágil resulta, por lo tanto solo buscaremos la dureza cuando es estrictamente necesaria y no vuelve el objeto demasiado frágil. El diamante es un material muy duro, aunque es muy frágil.
- Los materiales duros se emplean en herramientas de corte o en piezas que sufren grandes desgastes, como el cilindro y los segmentos de un motor de explosión.

- Existen varios procedimientos para determinar la dureza de un material, como el ensayo de Martens, que determina la dureza por el ancho de la raya que un diamante, de forma piramidal, produce al rayar un material con una fuerza determinada.








6.RESILENCIA

Es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie al romperse por efecto de un impacto.Esta resistencia puede ser:

-A la compresión: máximo esfuerzo que un material rígido puede resistir bajo compresión longitudinal.

-A la flexión: la resistencia a la flexión estática, es el máximo esfuerzo desarrollado en la superficie de la probeta en forma de barra, soportada cerca del extremo y cargada en el centro hasta que ocurra la falla.

-Al impacto: representa la resistencia o tenacidad de un material rígido a la repentina aplicación de una carga mecánica.

(Resilencia zona en verde)

- Se estudia mediante el ensayo Charpy

                                  - Se mide en Julios por metro cuadrado : J/m2 (SI);o kgf·m/cm2; o kp·m/cm2

7.ACRITUD

Es la propiedad de un metal de aumentar su dureza, su resistencia a tracción y su fragilidad debido a la deformación en frío.
Fatiga: deformación o rotura de un material si se le somete a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes) con cargas menores a la de rotura del material al actuar un número de veces o un tiempo determinado.

8.MAQUINABILIDAD

Se trata de la propiedad que tiene un metal de dejarse mecanizar con arranque de viruta. Son muy mecanizables la fundición gris y el bronce, con virutas cortadas en forma de escamas.
El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas y no son muy mecanizables.

PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS

Son las que están relacionadas con el comportamiento del material frente a acciones externas:

1.TRANSPARENCIA

Según el comportamiento de los materiales frente a la luz se clasifican en: transparentes, translúcidos y opacos. Como materiales transparentes podemos distinguir el cristal y algunos tipos de plásticos.


2.OXIDACIÓN

Hace referencia al comportamiento de un material cuando es atacado por el oxígeno al estar sometido a la acción de agentes atmosféricos o químicos. La oxidación es típica de algunos metales, y sin embargo en otros materiales no se produce (plásticos, madera, cristal, etc…)

3.CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Un material tiene alta conductividad térmica cuando deja pasar el calor por él. Es decir si calentamos una pieza de un material determinado por uno de sus extremos y el calor se transmite a toda la pieza, dicho material tiene una alta conductividad eléctrica, como por ejemplo los metales (acero, cobre, aluminio, latón, estaño, oro, etc…).

• 3.1.Conductores térmicos:son materiales que conducen bien el calor de un punto a otro. En general, todos los metales, como el oro, la plata, el hierro, etc., son buenos conductores del calor.

• 3.2.Aislantes térmicos:son materiales que no conducen bien el calor. Suelen ser porosos o fibrosos, con aire en su interior,como la madera o el plástico.El aire es un buen aislante. Ello explica la eficacia que tienen, por ejemplo, la ropa de lana y las ventanas con doble cristal para evitar la transmisión de calor por conducción.

4.CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

Un material tiene alta conductividad eléctrica cuando deja pasar la corriente eléctrica por él. Entonces decimos que es conductor. En caso contrario hablamos de materiales aislantes. Como materiales conductores se distinguen los metales, y como materiales aislantes los plásticos.

• 4.1. Materiales conductores: un cuerpo es conductor eléctrico cuando puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie.— Son conductores eléctricos aquellos materiales que tienen electrones de valencia relativamente libres.— Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico más comunes son los metales, siendo el cobre el mas usado,otro metal utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales se usa el oro.

• 4.2.Materiales semiconductores—: un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre, capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal.— El elemento semiconductor más usado es el silicio. De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica.

5.DILATACIÓN TÉRMICA

 Es la propiedad por la cual los materiales aumentan de tamaño al aumentar su temperatura. Generalmente los metales tienen una alta dilatación térmica, y materiales como la madera, el cristal, o los plásticos tienen una baja dilatación térmica, es decir, apenas aumentan de tamaño cuando se calientan.

VOCABULARY:

PROPERTY MECHANICS

Elasticidad - Elasticity
Plasticidad - Plasticity
Fragilidad - Fragility
Tenacidad-
Dureza - Hardness
Resiliencia - Resilience
Maquinabilidad- Maquinability
Fatiga - Fatigue

PROPERTY -PHYSICAL-CALORIC

Transparencia- Clarity
Oxidación- Oxidation
Conductividad eléctrica - Electrical conductivity
Conductividad térmica - Thermal conductivity
Dilatación térmica- Thermal expansion

Aquí os dejo un test muy interesante para que pongais a prueba vuestros conocimientos sobre las propiedades de los materiales,yo ya le e hecho y con buenos resultados,espero que vosotros también,un saludo!

http://www.educa2.madrid.org/web/educamadrid/principal/files/a1c18b06-dde8-4e44-98a0-49f0e0f2c425/Cuestiones_Tecnologia_Industrial/materiales_propiedades.htm

TEMA 4:PROCESOS FABRILES

• Calderería
• Conformado frió manual
• Estampación
• Extrusión
• Forjado
• Fundición
• Inyección
• Laminado
• Mecanizado con arranque de viruta
• Sintetizado
• Tratamientos térmicos
• Trefilado                  

CALDERERIA

La calderería es una especialidad profesional de la fabricación mecánica que tiene como función principal la construcción de depósitos aptos para el almacenaje y transporte de sólidos en forma de granos o áridos, líquidos y gas; así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas.

El material más común que se trabaja en calderería es el acero laminado y vigas en diferentes aleaciones, formas y espesores.

En un taller o una industria de calderería es común encontrar la siguiente maquinaria:

• Cizallas para cortar la chapa
• Prensas de estampar y troquelar chapa
• Máquinas de rodillos para doblar y conformar la chapa
• Remachadoras (en desuso, reemplazadas por la soldadura)
• Máquinas de soldar. De corriente continua y alterna, manuales y automáticas
• Sopletes de corte (acetileno ó propano y oxigeno)

Cuando se trata de construcción de depósitos que van a trabajar a altas presiones la calidad del metal que lo compone y las soldaduras que lleve durante su construcción se someten a diversas pruebas, las más habituales; soldaduras y materiales revisados mediante ultrasonidos y rayos X.

Existe una variante de la calderería denominada calderería plástica cuyo concepto general es similar diferenciándose principalmente en que como materia prima se emplean termoplásticos en lugar de metales.

CONFORMADO FRÍO MANUAL

El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, cord metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso doméstico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión, listones y utensilios de cocina.

El concepto del conformado en frío comprende todos los métodos de fabricación que permiten deformar plásticamente (a temperatura ambiente y ejerciendo una presión elevada) metales o aleaciones de metales tales como cobre, aluminio o latón, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material. Durante el conformado en frío la materia prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta de diferentes etapas de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de deformación del material y por lo tanto su rotura

pieza terminada

ESTAMPACIÓN

La estampación es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser una presión aplicada progresivamente o una percusión, para lo cual se utilizan prensas y martinetes. Los moldes, son estampas o matrices de acero, una de ellas deslizante a través de una guía y la otra fija.

Si la temperatura del material a deformar es Mayor a la temperatura de recristalización, se denomina Estampación en Caliente, y si es menor se denomina estampación en frío.

     1.  Estampación en caliente

Este tipo de Estampación se realiza con el material a mayor temperatura que la temperatura de recristalización.

El producto obtenido tiene Menor precisión dimensional y Mayor rugosidad que cuando se trabaja en frío, pero es posible obtener mayores deformaciones en caliente.

     2.  Estampación en frio

La estampación en frío se realiza con el material a menor temperatura que la temperatura de recristalización, por lo que se deforma el grano durante el proceso, obteniendo anisotropía en la estructura microscópica. Suele aplicarse a piezas de menor espesor que cuando se trabaja en caliente, usualmente chapas o láminas de espesor uniforme.

Las principales operaciones de estampación en frío son:

• Troquelación: punzonado (realización de agujeros), corte (separación de piezas de una chapa) o acuñación.
• Embutición: obtención de cuerpos huecos a partir de chapa plana.
• Deformación por flexión entre matrices: curvado, plegado o arrollado.

Los materiales utilizados en la estampación en frío son dúctiles y maleables, como el acero de baja aleación, las aleaciones de aluminio (preferentemente al magnesio, sin cobre), el latón, la plata y el oro.

EXTRUSIÓN

El proceso de estrusión hace referencia a cualquier operación de transformación en la que un material fundido es forzado a atravesar una boquilla para producir un articulo de sección transversal constante y, en principio, de longitud indefinida.Ademas del plástico,muchos otros materiales se procesan mediante estrusión,como los metales o las cerámicas, obteniendo marcos muy variados como por ejemplo ventanas de PVC o aluminio,tuberías,etc .Desde el punto de vista de los plásticos la estrusión es claramente uno de los procesos mas importantes d transformación. El proceso de estrusion de plásticos se lleva a cabo en maquinas denominadas estrusoras. Aunque existen estructoras de diversos tipos,las mas utilizadas son las de tornillo o husillo simple.

FORJADO

Consiste en calentar el metal (normalmente aceros) hasta una temperatura inferior a la de fusión (sobre 1000º C) y posteriormente golpearlo con un martillo o una prensa. A esta temperatura aumenta la plasticidad del metal por lo que se le puede dar la forma deseada sin romper o quebrar el material.
Antiguamente se realizaba la forja a mano, calentando el metal en una fragua de carbón, se sacaba la pieza con la ayuda de unas tenazas, se colocaba sobre el yunque y, con el martillo, se la golpeaba dándole la forma deseada.

Actualmente se emplean prensas mecánicas o hidráulicas, que comprimen el material hasta darle la forma deseada, o bien se emplean martillos mecánicos que golpean el material. La fuerza necesaria para realizar la forja depende del tipo de metal, de la superficie total en contacto y de la forma que tenga la pieza

FUNDICIÓN

Es el proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

El proceso más común es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.

La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

Para la fundición con metales como el hierro o el plomo la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como "flotación del molde", que ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.

                             

PROPIEDADES:buena resistencia a la compresión,baja resistencia a la compresión,resistencia a las vibraciones,fragilidad,moldeabilidad en caliente,resistencia al desgaste,etc

INYECCIÓN

El moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero, cerámico o un metal en estado fundido en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de artículos muy diferente.

Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales, fibras naturales, cerámicas y hasta piedras preciosas; el moldeo por inyección es un proceso ambientalmente más favorable comparado con la fabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido

LAMINADO

El laminado es un proceso de deformación volumétrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado, mediante las fuerzas de compresión que ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresión y de cizallamiento, originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal.

Los procesos de laminado se realizan, en su gran mayoría, en caliente por la gran deformación ejercida sobre el material trabajado. Además, los materiales laminados en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica.

MECANIZADO CON ARRANQUE DE VIRUTA

El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. 

Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran operaciones posteriores.

OTROS:mecanizado sin arranque de viruta,mecanizado por abrasión,etc

SINTETIZADO

Sinterización es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.

En la fabricación de cerámicas, este tratamiento térmico transforma un producto en polvo en otro compacto y coherente. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de alúmina, berilia, ferrita y titanatos.

En la sinterización las partículas coalescen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas, pero por debajo del punto de fusión o vitrificación del compuesto que se desea sinterizar. En el proceso, se produce difusión atómica entre las superficies de contacto de las partículas, lo que provoca que resulten químicamente unidas.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Se trata de variar la temperatura del material pero sin variar la composición química.

OBJETIVO: 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.

• TEMPLE

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.

La capacidad de un acero para transformarse en martensita durante el temple depende de la composición química del acero y se denomina templabilidad.

Al obtener aceros martensíticos, en realidad, se pretende aumentar la dureza. 

El problema es que el acero resultante será muy frágil y poco dúctil, porque existen altas tensiones internas.

La curva de templabilidad asegura que si la dureza disminuye rápidamente conforme nos alejamos del extremo templado, el acero tendrá una templabilidad baja, mientras que los aceros cuyas curvas son casi horizontales serán de alta templabilidad, es decir, susceptibles de endurecerse rápido cuando sufren temple

• REVENIDO

El revenido es el tratamiento térmico que sigue al temple. Recuerda que 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 acero sea frágil, sacrificando un poco la dureza.

La velocidad de enfriamiento es, por lo general, rápida.

• RECOCIDO

El recocido consiste en calentar un material hasta una temperatura dada y, posteriormente, enfriarlo lentamente. Se utiliza, al igual que el caso anterior, para suprimir los defectos del temple.

Se persigue:

– Eliminar tensiones del temple.

– Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad del acero.

¿Cómo se practica el recocido?

– Se calienta el acero hasta una temperatura dada

– Se mantiene la temperatura durante un tiempo

– Se enfría lentamente hasta temperatura ambiente, controlando la velocidad de enfriamiento.

Si la variación de temperatura es muy alta, pueden aparecer tensiones internas

• NORMALIZADO

Este tratamiento se emplea para eliminar tensiones internas sufridas por el material tras una conformación mecánica, tales como una forja o laminación para conferir al acero unas propiedades que se consideran normales de su composición.

El normalizado se practica calentando rápidamente el material hasta una 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.

TREFILADO

Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.