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Apuntes sobre metales de la Universidad Nacional de la Plata.TRANSCRIPT
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
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
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.
Ej:ACEROSSe utilizaran en nuevosProc. de DEFORMACIÖN
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)
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
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
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
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
Fundición continua
METALES
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
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:ACEROSSe utilizaran en nuevosProc. de DEFORMACIÖN
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
1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
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
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
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.
1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
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
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
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
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
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
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
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
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
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.
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
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.
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
METALES1 Aceros al carbono2 Aceros bajos de aleación3 Aceros inoxidables4 Aceros para herramientas
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)
Ferrosos (Hierro Fe) - aceros - tipos de hierro colado o fundidoNo ferrosos
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
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.
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
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.
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
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.
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
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