Porcentajes de aleaciones

Tratamientos Térmicos

Las fases en equilibrio solamente pueden darse cuando el material se enfría muy lentamente desde la fase de austenita. Cuando el enfriamiento de un acero no es lento (fuera de equilibrio) se forman fases en su microestructura que no están representadas en el diagrama hierro.

Tratamientos Térmicos

Un tratamiento térmico es un proceso donde se calienta al metal y luego se controla la temperatura y el tiempo de enfriamiento con el propósito de obtener las fases que se deseen. Existen muchos tratamientos térmicos
Los más comunes para el acero son: • 1. Austenizado.
Consiste en crear austenita en la estructura del acero. La austenita se utiliza para ser transformada en otras fases en un tratamiento térmico posterior.

Recocido (Annealing)

Consiste en enfriar muy lentamente a un acero austenizado con el propósito de generar las fases de equilibrio en el material. Los aceros recocidos tienen la menor resistencia y dureza, y la mayor ductilidad posibles. • 3. Normalizado (Normalizing)
. El acero austenizado se somete a un enfriamiento moderado con el propósito de formar bainita o perlita muy fina.

4. Templado (Quenching)

El acero austenizado se enfría rápidamente con el propósito de generar martensita en su microestructura.• 5. Revenido (Tempering)
. La martensita es una fase demasiado frágil. Su presencia en un acero lo convierte en un material quebradizo. El revenido consiste en recalentar a un acero templado con el propósito de incrementar su ductilidad sin reducir significativamente su resistencia. Las propiedades finales del acero revenido dependen de la temperatura a la que se recalentó el metal, la cual se llama temperatura de revenido.

Aleaciones Férreas Clasificación de los metales ferrosos

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación. Existe una gran cantidad de aleaciones con diferentes composiciones químicas y tratamientos térmicos, lo cual hace que existan aleaciones con un rango de propiedades mecánicas muy amplio. Las propiedades mecánicas de los aceros son sensibles al porcentaje de carbono, el cual normalmente es menor al 1%.

Algunos de los aceros más comunes se clasifican de acuerdo a su concentración de carbono

Bajo, medio y alto carbono. Las carácterísticas principales de estas aleaciones son las siguientes: • Aceros de bajo carbono.
• Son los que se producen comercialmente en mayor cantidad.• Generalmente contienen menos de 0.25% de carbono. • No responden a tratamientos térmicos que forman martensita. • Su incremento en la resistencia puede lograrse por medio de trabajo en frío.Su microestructura consiste de ferrita y perlita.• Son aleaciones relativamente suaves y débiles pero con una ductilidad y tenacidad sobresalientes. Son maquinables y soldables. • Son las de menor costo de producción. • Sus aplicaciones típicas son: componentes de automóviles, perfiles estructurales, láminas, tuberías.
Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA).
Es un subgrupo de los aceros al carbono. Poseen bajo carbono. Contienen elementos de aleación como cobre, vanadio, níquel y molibdeno en concentraciones combinadas de 10% o menos. • Poseen mayor resistencia que los aceros al carbono. • Muchos de ellos pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Además son dúctiles, formables y maquinables. • En condiciones normales, los aceros HSLA son más resistentes a la corrosión que los aceros al

Aceros de medio carbono

Tienen concentraciones de carbono entre 0.25 y 0.60 • Pueden ser tratados térmicamente poraustenizado, templado y revenido. Normalmente se utilizan en la condición revenida. • Los aceros no aleados (al carbono) tienen baja capacidad de endurecimiento y sólo pueden tratarse térmicamente en secciones delgadas y con elevada rapidez de enfriamiento.Al añadir cromo, níquel y molibdeno se mejora la capacidad de estas aleaciones de ser tratadas térmicamente. Estas aleaciones tienen mayor resistencia que los aceros de bajo carbono pero sacrificando ductilidad y tenacidad. • Se utilizan en aplicaciones que requieren la combinación de elevada resistencia, resistencia al desgaste y tenacidad

Aceros de alto carbono

Su contenido de carbono varía entre 0.6 y 1.4% Son los aceros más duros, más resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono.• Casi siempre se utilizan revenidos, por ello tienen una resistencia al desgaste especial y son capaces de mantener un filo cortante. • Los aceros para herramienta (tool steels)
Caen dentro de la categoría de aceros de alto carbono. Contienen cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. Esos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste (Cr23C6, V4C3, WC). Se utilizan para fabricar herramientas

Aceros inoxidables

Poseen una resistencia elevada a la corrosión en una variedad de entornos, especialmente el medio ambiente.• El elemento principal de aleación es el cromo (se requiere de al menos 11% de cromo en el acero).

La resistencia a la corrosión puede mejorarse al añadir níquel y molibdeno

• Se dividen en tres clases: martensítico, ferrítico y austenítico. • Los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos sólo pueden endurecerse por trabajo en frío. • Los aceros inoxidables austeníticos son los que tienen mayor resistencia a la corrosión debido a su contenido elevado de cromo. Se producen en grandes cantidades. • Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son magnéticos. Los aceros austeníticos son no-magnéticos

Hierros fundidos o fundiciones

Son aleaciones ferrosas con contenidos de carbono mayores al 2.1%. La mayoría de fundiciones tienen entre 3 y 4.5% C. • Estas aleaciones pasan al estado líquido entre 1150º y 1300º C. Estas temperaturas son considerablemente más bajas que las de los aceros. Por esa razón se utilizan en procesos de fundición. La mayoría de estas aleaciones son muy frágiles, siendo la técnica de fundición la mejor forma de fabricar geometrías con ella. • La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y bajo ciertas condiciones se descompone en ferrita y grafito. Fe3C →3Fe(α ) + C(grafito)

Hierros fundidos o fundiciones

La formación del grafito depende de la composición química, la rapidez de enfriamiento y la presencia de silicio en concentraciones mayores al 1%. • La mayoría de hierros fundidos posee grafito en su microestructura. • Las fundiciones se clasifican en gris, nodular, blanca y maleable.

Hierro gris.Contiene entre

2.5 y 4% C y 1 a 3% de Si. El grafito existe en forma de hojuelas (similares a las del corn flakes) rodeadas por una matriz de ferrita o perlita. Debido a las hojuelas.

Hierro gris

Estas aleaciones son muy efectivas disipando energía de vibraciones. Por esta razón, las estructuras de base de maquinaria y equipo pesado se fabrican con este material. El hierro gris posee una elevada resistencia al desgaste. Ademas, en estado líquido poseen una fluidez elevada lo cual permite fabricar piezas con geometrías complejas. Además, la pérdida de volumen por solidificación es bajo. • El hierro gris es la aleación más barata de todas las aleaciones metálicas.

Hierro nodular o dúctil

Si al hierro gris se le añaden pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio, se produce en el material una microestructura y propiedades mecánicas muy diferentes a las del hierro gris. El grafito siempre se forma, pero no como hojuelas sino como nódulos o partículas esféricas. Laleación que resulta se llama hierro nodular o dúctil. La f se que rodea a los nódulos puede ser perlita o ferrita, dependiendo del tratamiento térmico. • Las piezas fundidas fabricadas con esta aleación son mucho más resistentes y dúctiles que las fabricadas con el hierro gris.

Hierro blanco y hierro maleable

Para hierros fundidos bajos en silicio (menos del 1%) y velocidades de enfriamiento elevadas, la mayoría del carbono en la aleación se forma como cementita en vez de grafito. La superficie de fractura de este material tiene un color blancuzco y de ahí su nombre fundición blanca. • Debido a la gran cantidad de cementita que poseen, las fundiciones blancas son extremadamente duras pero también muy frágiles, al grado que prácticamente son imposibles de maquinar. Su uso se limita a aplicaciones que requieren una superficie muy dura y resistente al desgaste y sin un alto grado de ductilidad.

Hierro blanco y hierro maleable

• El hierro blanco se utiliza como material intermedio para la fabricación del hierro maleable. • Cuando se calienta el hierro blanco a temperaturas entre 800 y 900º C por un período de tiempo prolongado y en una atmósfera neutra (para evitar la oxidación), la cementita se descompone en grafito, el cual existe en la forma de clusters o rosetas rodeados por una matriz de ferrita o perlita. La forma del grafito en el hierro maleable produce una elevada resistencia y ductilidad apreciable.

Aleaciones No Férreas

El acero y otras aleaciones férreas se consumen en cantidades excesivamente grandes debido a la diversidad de propiedades mecánicas, a la facilidad de fabricación y a la economía de producción. Sin embargo, los principales inconvenientes son: (1) densidad relativamente elevada, (2) conductividad eléctrica comparativamente baja y (3) susceptibilidad a la corrosión en medios muy comunes. Por este motivo, para muchas aplicaciones es corriente utilizar otros metales con una combinación más apropiada de propidades Las aleaciones se clasifican según el componente mayoritario o según las carácterísticas específicas del grupo de aleaciones. En esta unidad nos concentraremos en aleaciones de Cu, Al y Ni.

El cobre sin alear es: Blando. Dúctil. Difícil de mecanizar.

El cobre en aleación tiene

- Mayor resistencia mecánica.- Mayor resistencia a la corrosión.- Color.- Sonido al golpearlo.

Cobre y sus aleaciones Las principales aleaciones de cobre son

- Bronce: formado por Cu y Sn.- Latón: formado por Cu y Zn.- Alpaca: formado por Cu, Zn y Ni

Cobre y sus aleaciones BRONCES-
Se emplea por primera vez en Mesopotamia hacia el 3000 a. C.- Implica técnicas para fundir metales.- Funden a una temperatura inferior que el cobre y por tanto facilita su metalurgia.

cobre y sus aleaciones BRONCES-
La cantidad de estaño varia la dureza de la aleación:* Bronce de 5-10% de Sn: Producto de máxima dureza. Puede trabajarse en frio.* Bronce de 17-20% de Sn: alta calidad de sonido. * Bronce de 27% de Sn: máxima calidad de pulido y reflexión ( espejos).

Obtención

Mineral de Cu (calcopirita, malaquita, etc..) y el de Sn ( casiterita) en un horno alimentado con carbón vegetal. El monóxido de carbono resultante reduce los minerales a metales: Cu y Sn que se fundían y aleaban entre un 5-10% en peso de Sn.

Aplicaciones:-

Elaborar estatuas, espadas y cañones.- Elaborar campanas.- Fabricación de espejos.- Fabricación de piezas de maquinariapesada.- Resortes en aplicaciones eléctricas.

Latón

Contienen entre un 30-45% de Zn.- Buena resistencia a la corrosión.- Dúctil.- Conductibilidad.- Resistente a la corrosión.- Es amarillo. Hay que destacar que en una proporción >45 de Zn, el latón disminuye sus propiedades mecánicas.

Obtención:

Se mezcla el Zn con el Cu en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote. Los lingotes se laminan en frío. Las barras o planchas pueden laminarse en varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambre.

Aplicaciónes

Bisutería. Municiones. Radiadores de automóvil. Instrumentos musicales. Monedas. Ornamentación: ceniceros, candelabros… Terminales eléctricos.

Alpaca

Color y brillo parecido a la plata Aleación con más del 60% de Cu: Monofásicas. Gran ductilidad. Facilidad de trabajar a T ambiente. Resistencia a la corrosión.

Alpaca Aplicaciones:-
Telecomunicaciones.-Arquitectura.-Decoración.

Aluminio y sus aleaciones Propiedades:-
Densidad baja Ligereza.- Buena resistencia mecánica.- Buena resistencia a la corrosión.- Reciclabilidad Ahorra dinero en forma de energía.- Alta conductividad térmica y eléctrica.

Luminio y sus aleaciones Clasificación

- Aluminio purísimo: 99,99% de pureza.- Aluminio que contiene otros elementos:* Elementos aleantes principales: Cu, Si, Mg,Zn y Mn.* En menores cantidades: Fe, Cr y Ti.* Aleaciones especiales: Ni, Co, Ag, Li, V, Zr,Sn, Pb, Cd y Bi. Clasificación del Al y sus aleaciones: - Forjado - Fundición

Aluminio y sus aleaciones Propiedades mecánicas

- Dureza.- Resistencia en el ensayo de tracción.- Resistencia a la compresión, flexión, corte y torsión.- Prop. Resistentes a T elevadas.- Carácterísticas de resistencia a bajas T.- Resistencia a la fatiga.- Tenacidad.- Resistencia al desgaste.

Influencia de los tratamientos térmicos y mecánicos a las propiedades mecánicas

-Deformación en frio.- Ablandamiento.- Recocido de ablandamiento, estabilización.- Normalizado.