CODIGO: MM46218
OBJETIVOS:
1. El alumno diferenciará e identificará los diferentes materiales más utilizados para las aplicaciones industriales y analizará sus características.
TAREA: Clasificación de los Materiales
TECNOLOGIA DE MATERIALES
Laboratorio 04
MODELAR COMPONENTES MECANICOS
Alumno (s): Apellidos y Nombres Nota
Velarde Ramos, Yulio Alonso Linares Gonzales, María Alejandra
Profesor: J. Contreras
Programa
Profesional: C11 – OperacionesMineras Grupo: L
Laboratorio M6 01 SESION 5 MIN 1. SEGURIDAD
1.1. Señales
Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje que suministran a los equipos
Antes de utilizar los instrumentos
cerciorarse si son de entrada o de salida, para no dañar los equipos
Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados
1.2. Implementos de Protección Personal
2. ANÁLISIS DE RIESGOS (PELIGROS
POTENCIALES)
2.1 Seguridad
RIESGO DESCRIPCIÓN DEL PELIGRO
Electrocución por cortocircuitos
Los alumnos que realizan trabajos con componentes mecánicos y/o eléctricos, solicitar al profesor revisar las conexiones eléctricas antes de conectar a la fuente de tensión.
Cortes
Los alumnos que realizan trabajos con herramientas cortantes (Alicates, cuchillas, etc.) deben manipularlas de tal forma que sus manos no se expongan a cortes.
Agentes que pueden dañar
los instrumentos
de
comprobación.
2.2 Medio Ambiente
[image:3.595.177.461.293.507.2]Todos los residuos deben ser depositados en el contenedor correspondiente.
Figura 2.2.1: Cuidado del medio ambiente – reciclaje. Sitio web: http://www.feusach.cl/2012/10/plan-reciclaje-vocalia-medioambiente-feusach/
3. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
- Lima bastarda - Lima fina
- Cepillo de cerdas de acero - Sierra manual
Figura 3: Equipos de trabajo. Laboratorio M6
4. MATERIALES DE TRABAJO
- Probeta de aceros y fundición para limado y aserrado. - Probetas de aceros y fundición para taladro.
- Probetas de aceros y fundición ensayo de la chispa
Fotografía 4: Materiales de trabajo: Probetas de hierro fundido, acero 1020, acero 1045, acero inoxidable y muestra fusiforme de acero 1020. Laboratorio M6. Tecsup – Arequipa
6. FUNDAMENTO TEORICO.
Los minerales de hierro son generalmente óxidos de hierro con acompañantes férricos, por ejemplo, azufre, fósforo, manganeso, silicio y componentes terrosos como cal, arcilla y ácido salicílico.
El hierro fundido (Fe) es un metal dúctil y maleable. Su peso específico es de 7.86 g/cm'. Punto de fusión 1S30“C (puro) y con carbono (1200”C). Antes de fundirse es fácilmente deformable.
METAL FERROSO: Aleación metálica Fe — C cuya proporción le da ciertas características y lo clasifica. Y otros elementos que contiene Fe como elemento principal
Imagen 6.1.1: Materiales ferrosos y sus usos industriales. 6.2. CLASIFICACIÓN
POR COMPOSICION (%C)
ACEROS: FUNDICIONES
De construcción Dura (blanca) Para herramientas Gris
Aleados Maleable Nodular
Normalmente magnéticos Magnéticos Gran resistencia a la tracción Normalmente no forjables (rígidos)
Forjables (tenaces) No soldables Maquinables Colables Vc = 20 — 25 m/m in VC = 16m/min
Imagen 6.2: Fundiciones en materiales con Hierro, Cobalto, Níquel, entre otros.
6.3 ACEROS AL CARBONO PARA CEMENTACION [Fuente: Departamento mecánica F.I.U.B.A.; ING. GUILLERMO CASTRO]
Acero 1010. Acero muy tenaz, para piezas de pequeño tamaño y forma sencilla, en las cuales no sean necesarios altos valores de resistencia mecánica (bujes, pasadores, etc.). Se usa con temple directo en agua. En estado normalizado o como laminado sirve para piezas embutidas o estampadas en frío.
Acero V0JO: Para construcciones mecánicas de baja resistencia. Tiene los
mismos usos del 1010 pero se prefiere cuando se necesita un corazón más duro y tenaz.
Acero 1022. Para partes de vehículos y maquinaria que no sean sometidas
6.4 ACEROS AL CARBONO DE TEMPLE Y REVENIDO
Acero 1020: Esta clase de acero puede ser empleado en piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos. Considerando la escasa penetración de temple que tiene, generalmente se usa en estado normalizado. Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeño espesor. Puede ser cem4entado cuando se requieren en el núcleo propiedades mecanizas más altas de las que pueden obtenerse con el tipo 1015 en cuyo caso se aplican las mismas normas de cementación que las especificadas para este acero.
Acero 1030. Acero para temple y revenido para los más amplios usos, tales como ejes, árboles y todas aquellas piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos. Como no tiene gran penetración de temple, este tipo de acero es aconsejable solamente para piezas templadas y revenidas de tamaño pequeño.
Acero 1040. La templabilidad de este acero es mejor que la de los dos anteriores; se usa para piezas de máquinas de pequeño y mediano espesor y sirve para piezas que deban ser templadas a inducción, o con soplete.
Acero 1045. Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54—56 Re. Se emplea para herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos, picas, martillos de varios usos, porras, etc.
preferible el temple en aceite; para las piezas de mayor espesor y forma sencilla, en agua.
Acero 1055. Tiene más o menos los mismos usos del 1050. Sirve para fabricar pasadores que deban soportar esfuerzos muy elevados. En este caso se pueden templar las piezas por inducción. Se usan para herramientas agrícolas que deban tener más resistencias que las fabricadas con acero 1045.
Acero 1060. Como acero de construcción tiene los mismos usos que el 1055, pero para piezas que deban tener una resistencia mecánica más elevada. Como acero de corte sirve para herramientas de trabajos plásticos, madera y materiales no ferrosos (latan, bronce, etc). Este acero tiene una buena penetración de temple, aun en piezas de tamaño medio y con temple en aceite. Con temple de inducción y con temple a l soplete se pueden obtener buenos resultados en piezas de no muy alta resistencia mecánica que sean sometidos a desgaste. Este acero puede ser también usado para resortes.
Acero 1070.Como acero de construcción para todo tipo de piezas que requieran alta resistencia y que sean sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos, por ejemplo: partes móviles de molinos y trituradoras y cuchillas para moler materiales blandos. Como acero para resortes sirve para fabricar este tipo de piezas con excelente calidad y con especialidad aquellas de tipo blandos. Como acero para herramientas para todas las piezas que requieran dureza, tenacidad y resistencia al desgaste.
NOTA.Las temperaturas de revenido son: Como acero de construcción 560ºC/640ºC. Como acero de resortes 420º-C/480-ºC. Como acero de herramientas 200ºC/350ºC
Acero 1095. Este es el acero al carbono de mayor resistencia, usado para
la fabricación de resortes de todos los tipos y para todos los usos. A semejanza de los otros tipos con porcentajes de C más bajo, que puede ser también trefilado a través de trata térmica adecuados, puede emplearse también en frío para la construcción de resortes especiales.
Acero 1541[0.36-0.44% de C): Para partes que deban tener un límite de
6.5 TRATAMIENTOS DE LOS METALES PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES
6.5.1OBJETIVOS DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
1. Conseguir una estructura de menor dureza y mayor maquinabilidad. 2. Eliminar la acritud (la actitud aumenta la fragilidad) que originó un
mecanizado en frio.
3. Eliminar las tensiones internas originadas por la deformación de la red cristalina (las cuales elevan la dureza y fragilidad).
4. Conseguir la homogenización de la estructura de una pieza.. 5. Conseguir la máxima dureza y resistencia.
6. Mejorar la resistencia a los agentes químicos. 7. Modificar algunas propiedades magnéticas. 6.5.2 Existen 04 clases de tratamientos:
1) TRATAMIENTOS TÉRMICOS.- Son operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales que tienen por objeto modificar su estructura cristalina (tamaño del grano), manteniendo la com posición química inalterable.
Existen tres tratamientos fundamentales:
Se aplica a metales que poseen alguna Consigue eliminar tensiones internas de los
Soldadura defectuosa para metales y las aleaciones que han sido previamente
Homogeneizar sus propiedades. Sometidos a forja o laminado.
b. Temple: Consiste en el calentamiento del metal, seguido de un enfriamiento realizado en forma brusca. Con esto se consigue obtener un metal muy duro y resistente mecánicamente, con una estructura cristalina deformada. El endurecimiento adquirido por medio del temple se puede comparar al que se consigue por deformación en frio. Se calienta al acero a una temperatura ligeramente más elevada aquella crítica superior(900°C a 950°C) y se enfría luego, más o menos, rápidamente (según
característica de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.
de mejorar la tenacidad del metal templado, a costa de disminuir un poco su dureza. Las piezas se calientan a una temperatura inferior a la del temple para transformarlas en formas más estables y, a contaminación, provocarles un enfriamiento rápido.
d. Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estados normales decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido. Tratamiento térmico similar al recocido del que sólo se diferencia en la velocidad de enfriamiento (más elevado).Sólo se utiliza en aceros no aleados.
2) TRATAMIENTOS
TERMOQUÍMICOS.- Los metales se someten a enfriamientos y calentamientos, pero además se modifica la composición química de su superficie exterior (completadas con aportaciones de otros elementos en la superficie de las piezas).
a) Cementación. Consiste en la adición de carbono a la superficie de un
acero que presente un baje contenido en el mismo a una cierta temperatura. Así se obtiene una dureza superficial muy elevada. Se aplica a las piezas que deben ser resistentes a l rozamiento y a los golpes, para dotarlos de dureza superficial.
b) Nitruración. Es un
proceso de
c) Cianuración: Es un tratamiento intermedio entre la cementación y nitruración. Se utiliza no solamente en aceros con bajo contenido en carbono (como el caso de
cementación) sino también en aquellos cuyo contenido en carbono sea medio o alto,
cuando se pretende que adquieran una buena resistencia. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un baño de cianuro fundido y el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y nitrógeno.
d)
Carbonítruración. Consigue
aumentaría dureza de los aceros
mediante la
absorción
simultánea de
carbono y
nitrógeno a una temperatura
determinada, tal igual que la de Cianuración. La diferencia con el tratamiento de Cianuración es que la carbonito‹
ración se realiza con gases y la Cianuración por medio de baños. Se emplea en piezas de gran espesor.
1. TRATAMIENTO MECÁNICOS.- Se mejoran las características de los metales mediante la deformación mecánica, con o sin calor. Con ello se pretende modificar la estructura interna al homogenizar el material, eliminando tensiones internas y posibles fisuras y cavidades existentes.
a) Tratamientos mecánicos en caliente.
también denominado forja. Consiste en calentar el metal a una temperatura determinada para Iuego deforma no golpeándolo fuertemente. Lográndose afinar el ta maño del grano y se logra eliminar del material sopladuras y cavidades interiores, con lo que se mejora su estructura interna.
b) Tratamientos mecánicos en frio. Consiste en deformar a la temperatura de ambiente, ya sea golpeándolo, trefilado o laminación. Estos tratamientos incrementan la dureza y la resistencia mecánica del metal, y también acarrean una disminución en su plasticidad.
4) TRATAMIENTOS SUPERFICIALES.-Se mejora la superficie de los metales sin variar su composición química másica. En esta clase de tratamientos, a diferencia de los térmicos, no es necesario un tratamiento, sino otro tipo de proceso.
a) Metalización. Se proyecta un metal fundido,
pulverizándolo sobre la superficie de otro. Con esto se consigue comunicar a la superficie de un
metal las
características de otro diferente. Se
emplea para
aumentar la
resistencia al desgaste o a la corrosión.
Cromado. Se deposita cromo electrónicamente sobre el metal; de esta manera se disminuye su coeficiente de rozamiento y se aumenta su resistencia al desgaste, al rayado, a la penetración y a la corrosión. Se emplea en piezas nuevas o desgastadas, e motores de explosión, cilindros, etc.
Figura de un tubo de cobre cromado
Los tratamientos no deben alterar de forma notable la composición química del metal pues, en caso contrario, no sería un tratamiento, sino otro tipo de proceso.
a) Temple superficial: Se consigue provocando un calentamiento muy rápido, de forma que solo una Capa muy delgada de la superficie consiga una temperatura adecuada, seguida de un enfriamiento rápido.
Para la fase de calentamiento puede utilizarse:
- Una llama
- Corrientes de inducción
El material que se obtiene es tenaz y resistente al desgaste.
7 TAREAS A DESARROLLARSE EN EL LABORATORIO
Observar sensorialmente (color, sonido, etc.), de los materiales de ensayo. Efectuar un limado y diferenciar la resistencia que opone cada una de las
muestras.
Efectuar un aserrado y diferenciar la resistencia que opone cada una de las muestras.
8. IDENTIFICACIÓN DE METALES FERROSOS.
PROCESO MATERIAL 1020 10
45
ACERO INOXIDABLE
FE FUNDIDO
OBSERVACIO N SENSORIAL
Se trata de comprobar la calidad superficial y los fallos externos, tales como poros, grietas y entallas.
PRUEBA DEL
SONIDO Esta prueba (principalmente piezas de fundición) se hace dejando que la pieza cuelgue libremente y golpeándola con suavidad. De esta forma puede distinguirse el acero moldeado (sonido limpio) y la fundición gris (sonido sordo) así como entre las piezas con grietas y poros.
LIMADO Prueba de limado. El arranque de viruta es menor en aceros aleados a la igualdad de esfuerzo.
ASERRADO En esta prueba la hoja de sierra arranca pequeños trozos de viruta, cada material tiene distinta resistencia al aserrado.
TALADRO Esta prueba permite determinar la dureza del material en relación a la herramienta de corte, para un material duro con la forma de la viruta es alargada. Y un material blando la forma de la viruta es entrecortada.
PRUEBA DE LA CHISPA
Es muy difícil que el haz de chispas, que se compone de partículas incandescentes en
PROCESO /TAREA MATERIAL OBSERVAC ION SENSORIA L
1020 1045 ACERO INOXIDABLE FE FUNDIDO
JUICIO SEGÚN EL ASPECTO
Este material es de forma
cilíndrica con ralladuras y entallas. De color opaco exteriormen-te (Debido a su % en carbono) e internamente de coloración ferrosa.
Es un acero más tratado y se puede observar que tiene una forma de probeta prisma con bases ralladas sin porosidades a la vista.
Acero con
aleaciones de Cromo que le permiten tener esa coloración y de forma
cilíndrica sin porosidades ni ralladuras de ningún tipo; y entallado.
Hierro pesado en forma
de prisma, con
coloración opaca al exterior y con porosidad y grietas en su perfil externo.
PRUEBA DE
SONIDO 1020 1045 ACERO INOXIDABLE FE FUNDIDO
TONO SEGÚN EL SONIDO
De sonido limpio, agudo y genera sonido con mucho timbre.
Sonido sordo, grave y casi sin mucha intensidad.
De sonido agudo intermedio,
sonido casi limpio e intensidad leve.
Sonido
netamente sordo, o de mayor gravedad sin intensidad; como sonido opaco.
LIMADO 1020 1045 ACERO INOXIDABLE FE FUNDIDO
Alta
resistencia Resistente al limado Posee alta resistencia
ASERRAD
O 1020 1045 ACERO INOXIDABLE FE FUNDIDO
No se resiste
Poco resistente a la acción del arco de sierra.
No se resiste a ser aserrado debido a su composición.
Se autolubrica al ser aserrado siendo más fácil de formarlo.
Resistencia media
Alta
resistencia
Resistente al aserrado
TALADRO 1020 1045 ACERO INOXIDABLE FE FUNDIDO
No se resiste
Presenta un promedio de 9 segundos de
perforación a 5mm por el taladro de
banco. Con un promedio
Resistencia media
Posee un
promedio de 12 segundos de perforación a 5mm.
Alta
resistencia
Presenta un promedio de 22 segundos a ser perforado por el taladro de banco.
PRUEBA
DE CHISPA 1020 1045 ACERO INOXIDABLE FE FUNDIDO
Cantidad de chispa
Cantidad
intermedia Alta cantidad de chispa Poca cantidad de chispa generada
Intermedia viruta de chispa
generada. Color de
chispa Rojizo y naranja Amarillo fuego y naranja Amarillo fuego Rojizo y amarillo fuego
Formas de chispa
Forma de lanza y final estrellado.
Mayor cantidad de lanzas y virutas finales más pronunciadas
Alargadas y estalla al final como lanzas alargadas
Lanzas pequeñas y muy delgadas de forma
Calculo de las RPM para taladrar o tornear.
N
=
VC ×
1000
π ×θ
Donde:
N = revoluciones por minuto VC = velocidad de corte en m/min
= diámetro en mm.
La velocidad de corte del Acero es de 20 a 25 m/min.
MATERIAL VELOCIDAD DE CORTE m/min.
Acero dulce Acero de construcción
Acero inoxidable Bronce
Cobre Aluminio duro Aluminio blando
Sintético duro Sintético blando
Acero fundido
25 20 6-10 50-100
25-35 50-120
30-50 15-35 50-100
8.1.
ANÁLISIS DE RESULTADOSRealiza un dibujo de los materiales ensayados, en relación a la forma de chispa.
MATERIAL
FORMA DE CHISPA
(DIBUJO)
OBSERVACIONES
Acero dulce
1020 o ST–37
Chispeo intenso pero
menor al de acero
1045, con chispeos
instantaneos sobre
los alrededores; de
color amarilllo fuego
y rojizo naranja.
Estalla sobre el final
con virutas en forma
de estrella.
Acero de
construcción
1045 o ST-45
Acero inoxidable
Forma inicial y casi
en todo el transcurso
de color rojizo
naranja en formas de
lanza con poca
intensidad al final sin
viruta. Poca
intensidad
Hierro fundido
Lanzas pequeñas y
muy alargadas con
viruta en forma de
estrella sobre el final.
Siendo el inicio rojizo
y al final del estallido
de color amarillo
fuego como se
observa en la
imagen.
Aluminio
9. CUESTIONARIO
9.1.
La prueba de la chispa ¿sirve para distinguir entre materiales ferrosos? ¿Por qué?Si sirve la prueba de chispas, pues despues de la experiencia pudimos oobservar que los metales ferrosos generan chispas en diferentes
intensidades y formas y que a diferencia del aluminio que es un metal no ferroso no generaba ningun tipo de viruta o chispa. Y otra de las
caracteristicas es que dichos metales generan chispa por el porcentaje en carbono que posee cada uno en medidad diferentes.
9.2.
¿Qué materiales se mecanizan con velocidades altas? ¿Por qué?Los metales no ferrosos tienden a mecanizarse con mayor velocidad o velocidades altas, debido a que son menos duros y por ello son mas rapidos de mecanizar o accionar por maquinabilidad como propiedad tecnol
9.3.
La viruta corta, arrancada o el polvo indica alta dureza del metal.9.4.
La viruta continua o fluida nos indica media o baja dureza del metal.Los materiales que producen embotamiento son: el aluminio, el zamac, el latón y el cobre que son metales no ferrosos. La lima bastarda se embota mas fácil.
10. CONCLUSIONES
Concluimos finalmente que la viruta no nos permite identificar entre materiales ferrosos pero si diferenciarlas de los metales no ferrosos que no generan quizas como es el caso del aluminio a diferencia del acero de construccion con un porcentaje de carbono de 0.20 (0.20 %C).
Identificamos cada una de las formas e intensidades de las chispas que generaron los materiales a experimentar, pudiendo reconocer sus estructuras.
Concluimos que al tener virutas mas cortas esto nos identifica que la dureza del material es mas alto y que si la viruta es muy alargada nos indica que el material es menos duro al esmeril.
Logramos concluir que a mas velocidad de taladrado los materiales tienden a tener una mejor dureza, como fue el caso de el hierro fundido y del acero 1045 que promediaron tiempos pequeños de perforacion a una determinada distancia de 5mm en cada una de las experiencias.
identificar o aondar mas sobre la clasificacion o nombre real del material ferroso en ejecución.
Verificamos que al tener mas porcentaje de carbono en los metales, estos generan mas chispa que pueden alcanzar distancias largas donde finalmente acaba su viruta o chispeo.
11. DIFICULTADES HALLADAS DURANTE EL DESARROLLO DEL LABORATORIO
Una de las dificultades encontradas en la experiencia fue la demora en el aserrado de los materiales para que cada grupo pueda tener sus respectivas piezas para identificar y desarrollar con comodidad su experiencia. La demora al cortar el hierro fundido que se encontraba entera en una pieza
moderadamente grande. Y se tuvo un mal uso de los implementos de seguridad al realizar la experiencia con taladrado de banco y esmerial de banco, respectivamente.
12. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
Se pudo observar cada uno de los materiales en su forma y pudimos ver que los aceros inoxidables tenian una coloracion mas brillantoza debido a su aleacion con el Cromo.
Se recomienda llevar todos los implementos de seguridad para poder evitar posibles riesgos de cortaduras, quemaduras, etc. Por ello debemos tener en cuenta siempre las medidas de prevención.
Se recomienda ir con conocimientos sobre las velocidades de taladrado en cada elemento, pues al ejecutar mal sus identificaciones podemos arriegar la rotura del material o broca; asi como tambien, podemos dañar el material sin poder realizar los procedimientos respectivos.
13. ANEXO DEL INFORME
ACERO 1020 AISI/SAE
Estado de Suministro
Forjado
Laminado con tolerancia DIN 1013
Trefilado con tolerancia ISO 266-2 h11
Composición química (% en peso)
%C %Si %Mn %P %S
0. 15
0.15 0.60 -
-0. 20
0.35 0.90 0.04
0
0.50
Densidad: 7.87 g/cm³ (0.284 lb/in³)
y acabad
o
2” (%) d1212 EF =100% PSI MP a PSI MP a Caliente y maquin ado 580 00 40 0 320 00 22 0 25 70 Estirado en frio 640 00 44 0 536 00 37 0 15
Tratamientos Térmicos recomendados (Valores en °C)
For jad o Norm alizad o Recocido Tem plad o Rev eni do °T Crítica aprox. Abla nda/ . Regen eració n A c 1 A c 3 11 00-12 50 870 -900 850 – 890 Enfri ar al aire 850 – 890 Enfriar en horno Cem enta r 925 150 -250 7 2 4 8 4 0 Características
Acero de bajo contenido de carbono, de fácil mecanizado y buena
soldabilidad. De baja dureza para usos convencionales de baja exigencia Cuando se requiere una superficie muy dura pero un centro tenaz, este acero cementado cumple perfectamente. Estirado en frío mejora sus valores de resistencia mecánica y su maquinabilidad.
Aplicaciones
AISI/SAE 1045
Estado de Suministro
Forjado
Laminado con tolerancia DIN 1013
Trefilado con tolerancia ISO 266-2 h11
Composición química (% en peso)
%C %Si %Mn %P %S
0. 43
0.15 0.60 -
-0. 50
0.35 0.90 0.04
0
0.50
Densidad:7.87 g/cm³ (0.284 lb/in³)
Propiedades Mecánicas mínimas estimadas SAE J1397
Tip o de pro ces o y aca bad o Resiste ncia a la tracció n Límite de Fluenci a Al ar g a/ e n 2 ” ( % ) Re duc ció n de áre a (%) D u re z a ( H B ) Relación de maquin abilidad 1212 EF =100% M P a P SI M P a P SI Cali ent 5 7 8 2 3 1 4 5
16 40 1
6
ma qui nad o 0 0 0 0 Esti rad o en frio 6 3 0 9 1 4 0 0 5 3 0 7 6 9 0 0
12 35 1
7 9
Tratamientos Térmicos recomendados (Valores en °C)
For jad o Norm alizad o Recocido Tem plad o Rev eni do °T Crítica aproxi mada Abla nda/ . Regen eració n A c 1 A c 3 10 50-12 00 870 -890 650 – 700 Enfri ar al aire 800 – 850 Enfriar en horno 820-850 Agua 830-860 Aceit e 300-670 7 3 0 7 8 5 Características
Acero de mediano contenido de carbono, utilizado ampliamente en elementos estructurales que requieren de mediana resistencia mecánica y tenacidad a bajo costo. Posee baja soldabilidad, buena maquinabilidad y excelente forjabilidad.
Aplicaciones
baja velocidad, espárragos, acoplamientos, bielas, pasadores, cigüeñales y piezas estampadas. Puede ser sometido a temple y revenido.
ACERO INOXIDABLE SAE/ AISI
Estado de Suministro
Laminado más torneado con tolerancia ISO 286-2 h11
Trefilado con tolerancia ISO 286-2 h11
Características
Acero inoxidable austenítico, aleado con Cromo y Níquel y bajo contenido de Carbono que presenta una buena resistencia a la corrosión. No es templable ni magnético. Puede ser fácilmente trabajado en frio.
Microestructura
El tipo 304 presenta una estructura de grano austenítico equiaxiado uniformemente.
Microestructura típica del tipo 201, 200X. Ataque químico con reactivo glicerregia.
Composición química (% en peso)
%C %S
i
% Mn
%P %S %C
r % Ni 30 4 0.0 8 Má x. 1.0 0 Má x. 2.0 0 Má x. 0.0 45 Má x. 0.0 30 Má x. 18. 00 – 20. 00 8. 0 – 10 .5 30 4L 0.0 3 Má x. 1.0 0 Má x. 2.0 0 Má x. 0.0 45 Má x. 0.0 30 Má x. 18. 00 – 20. 00 8. 0 – 12 .0
tracción maquinabili dad1212 EF =100% eza (H RB) M P a kgf/ mm² K S I M P a kgf/ mm² K S I 4 8 1 49 7 0 1 7 6 18 2 6 45 92 5 1 0 52 7 4 2 0 6 21 3 0
-Tratamientos térmicos (Valores en °C)
Forjado Recocido Dureza
Brinell (Barras recocid as) Temple Temperat ura Medio de enfriamie nto 1150 – 1200 No forjar debajo de 950°C Enfriar rápidamen te
690 - 780 Enfriar
rápidamen te hasta °T Ambiente 160 Endureci ble sólo por trabajo mecánico
Propiedades Físicas (Condiciones de recocido)
Unidades de las propiedades Valor
Densidad g/cm3 (lb/in3) 8,0 (0,29)
Modulo elástico GPa (106 psi) 193 (28,0)
Resistencia eléctrica n m 720
Calor específico J/kg*°K (Btu/lb*°F)
500 (0.12)
(212 °F) W/m*K (Btu/ft*h*°F)
Rango de fusión °C (°F) 1400-1450
(2550-2650)
Soldabilidad.
El acero inoxidable de tipo 304 puede ser soldable por técnicas
convencionales de soldadura por fusión y resistencia (GTAW, TIG, GMAW, MIG, SAW). Si electrodo de alambre como metal de aporte son requeridos, los tipos AWS E/ER 308, 308L o 347 son usados frecuentemente.
Similar a otros aceros inoxidables austenítico, donde el contenido de carbón es mayor a 0,03%, la aleación 304 es susceptible a la corrosión intergranular en la zona afectada térmicamente por la soldadura, cuando la aleación es enfriada lentamente o recalentada dentro de un rango de temperatura de 800 a 1500 °F (425 a 815 °C)
Aplicaciones
Por la carencia de magnetismos de este material es empleado en la fabricación de:
· Instrumentos y controles de Medición.
· Equipo para el proceso de alimentos.
· Utensilios de cocina, tarjas, canales, equipo y aplicaciones en electrodomésticos.
· Paneles en arquitectura, estructuras y ornamentales.
· Contenedores químicos, incluyendo la transportación.
· Intercambiadores de calor.
· Cubiertas de hornos comerciales y filtros de agua.
· Equipo utilizado en hospitales.
· Equipo de aire acondicionado
PROPIEDADES DE ACEROS ALEADOS
El acero aleado es aquel constituido por acero con el agregado de varios elementos que sirven para mejorar sus propiedades físicas, mecánicas o químicas especiales.
Estas aleaciones logran diferentes resultados en función de la presencia o ausencia de otros metales: la adición de manganeso le confiere una mayor
resistencia frente al impacto, el tungsteno, le permite soportar temperaturas más altas. Los aceros aleados además permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento térmico.
Los efectos de la aleación son:
Mayor resistencia y dureza Mayor resistencia al impacto Mayor resistencia al desgaste Mayor resistencia a la corrosión
Mayor resistencia a altas temperaturas
Penetración de temple (Aumento de la profundidad a la cual el acero
Aleaciones En aleación con:
Aluminio: Actúa como desoxidante para el acero Fundido y produce un
Acero de Grano Fino.
Azufre: Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin
embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad (habilidad para ser
trabajado mediante cortes) de los aceros de aleación y al carbono.
Boro: Aumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero puede
ser endurecido).
Cromo: Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la
resistencia al desgaste y corrosión. Su adición origina la formación de diversos carburos de cromo que son muy duros; sin embargo, el acero resultante es más dúctil que un acero de la misma dureza producida
Manganeso: Elemento básico en todos los aceros comerciales; el
manganeso se agrega a todos los aceros como agente de desoxidación y desulfuración, pero si el contenido de manganeso es superior a 1%, el acero se clasifica como un acero aleado al manganeso. Además de actuar como desoxidante, neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple y contribuye a su resistencia y dureza. Reduce el intervalo crítico de temperaturas.
Molibdeno: Mejora las propiedades del tratamiento térmico. Su aleación
con acero forma carburos y también se disuelve en ferrita hasta cierto punto, de modo que intensifica su dureza y la tenacidad. El molibdeno abate sustancialmente el punto de transformación. Debido a este abatimiento, el molibdeno es ideal para optimizar las propiedades de templabilidad en aceite o en aire. Excepto el carbono, es el que tiene el mayor efecto endurecedor y un alto grado de tenacidad. Otorga gran dureza y resistencia a altas temperaturas.
Níquel: Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la
temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. La aleación con níquel amplía el nivel crítico de temperatura, no forma carburos u óxidos. Esto aumenta la resistencia sin disminuir la ductilidad. El cromo se utiliza con frecuencia junto con el níquel para obtener la tenacidad y ductilidad proporcionadas por el níquel, y la resistencia al desgaste y la dureza que aporta el cromo.
Silicio: Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el
acero de aleación. Cuando se adiciona a aceros de muy baja cantidad de carbono, produce un material frágil con baja pérdida por histéresis y alta permeabilidad magnética. El silicio se usa principalmente, junto con otros elementos de aleación como manganeso, cromo y vanadio, para estabilizar los carburos.
Titanio: Se emplea como un desoxidante y para inhibir el crecimiento
granular. Aumenta también la resistencia a altas temperaturas.
Tungsteno: Se emplea en muchos aceros de aleación para herramientas.
Aun estando éstas candente o al rojo; les otorga una gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.
Vanadio: El vanadio es un fuerte desoxidante y promueve un tamaño fino
FUNDICIONES MÁS IMPORTANTES DE HIERRO EN EL PERÚ
Nuestro país es catalogado comúnmente como un productor primario de
minerales; sin embargo, existen notables ejemplos de empresas que operan en nuestro territorio que producen minerales refinados con buenos resultados, sumando de esta manera un importante valor agregado. Tenemos compañías como:
Southern Perú, que cuenta con la Fundición y Refinería de Ilo Siderperú en Chimbote
Votorantim Metais con la Refinería de Cajamarquilla. AFINO DEL ACERO Y FORMAS DE REALIZACIÓN
El hierro colado o arrabio obtenido del alto horno es un producto que todavía no está listo para ser utilizado industrialmente. Por un lado contiene impurezas de elementos como Azufre o Silicio. Por otro lado contiene un porcentaje demasiado alto de carbono y por último todavía arrastra restos de óxidos de hierro. Todas estas sustancias hacen que las propiedades del producto no sean las deseables. Es necesario pues tratar este hierro, el proceso por el que esto se lleva a cabo se llama colado.
En la actualidad existen dos métodos diferentes para realizar el colado del arrabio. Por un lado está el método convertidor LD y por otro el horno eléctrico. Veamos ahora cada uno de estos sistemas por separado.
CONVERTIDOR LD u Horno de afino de oxígeno básico.
Este sistema está formado por en una olla de acero recubierta en su interior con material refractario en la que se deposita el arrabio a tratar. A través de una lanza situada en la parte superior se inyecta oxígeno al recipiente. Debido a las altas temperaturas de
trabajo, la lanza se enfría continuamente a través de
serpentines de agua interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la olla se hacen por la parte superior por lo que la olla está montada en ejes rotatorios que permiten su volcado.
carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacción que quema con rapidez las impurezas del arrabio produciendo una escoria. Esta, al tener menor densidad, se sitúa en la parte superficial.
Normalmente el chorro de oxígeno contiene polvo de piedra caliza que sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el fósforo.
Terminado el proceso se inclina el horno para extraer la escoria, quedando abajo el acero afinado.
Una vez obtenido el acero afinado, se le pueden añadir los elementos que formarán las distintas ferroaleaciones, o bien hacerlo más tarde cuando el acero afinado sea vertido en la cuchara. El proceso tarda unos 50 minutos, y estos sistema están dimensionados para poder producir unas 275 toneladas de acero por hornada.
Una de las grandes ventajas que desde un principio se observó en estos convertidores fue su capacidad para aceptar hasta un 20% de "chatarra junto con la carga de arrabio líquido.
Horno eléctrico
En estos hornos el calor aportado procede de un arco eléctrico que se hace saltar entre unos electrodos de grafito y la superficie de la chatarra con que se carga el horno, la resistencia del metal al flujo de corriente genera calor, que junto con el producido por el arco eléctrico funde el metal con rapidez. Las condiciones de afinado pueden ser estrictamente reguladas.
Cada hornada produce en torno a 100Tm y el proceso tarda en torno a una hora.
especificaciones muy exigentes. El afinado se produce en una cámara hermética, donde los parámetros que intervienen en el proceso son controlados rigurosamente con dispositivos automáticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo
necesario para producir el acero.
ENSAYO BRINELL
El ensayo Brinell se realiza como todos los ensayos de dureza; se ejerce una carga en el penetrador perpendicularmente sobre la superficie del material a ensayar.
El ensayo Brinell viene definido por la norma UNE 7-422-85.
En el ensayo Brinell el penetrador es una bola de acero templado (muy duro).
La dureza Brinell se calcula en función del área del casquete de la huella realizada y de la carga aplicada.
Como el área del casquete de la huella no es una medida que podamos tomar
directamente, la expresión, en términos de dimensiones que podemos medir será:
Siendo:
F: carga aplicada en kg
D: diámetro de la bola en mm
ENSAYO DE DUREZA VICKERS
El ensayo Vickers viene definido por la norma UNE 7-423-84.
En el ensayo Vickers el penetrador es una pirámide de base cuadrada, cuyas caras opuestas forman un ángulo de 136º.
La dureza Vickers se calcula de forma similar a como lo hacíamos en el ensayo Brinell. En este caso la dureza es
función de la superficie lateral de la huella y de la carga aplicada.
Igual que sucedía en Brinell, como la
superficie lateral de la huella no es una medida que podamos tomar directamente, la
expresión, en términos de dimensiones que podemos medir será:
siendo:
El ensayo Vickers tiene una serie de ventajas sobre el Brinell:
Se puede emplear con piezas de espesores muy reducidos (hasta 0.2 mm).
Se puede utilizar indistintamente con materiales muy duros, o con materiales blandos
ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL
El ensayo Rockwell viene
determinado por la norma UNE 7-424-89.
Se puede utilizar indistintamente con materiales muy duros, o con materiales blandos.
Para materiales blandos (con durezas menores que 200) el penetrador es una bola de acero de diámetro 1.5875 mm, y la dureza determinada será una dureza Rockwell B.
Para materiales duros (con durezas mayores que 200) el penetrador es un cono de
diamante de 120º en la punta, y la dureza determinada será una dureza Rockwell C.
El ensayo Rockwell es un ensayo rápido y fácil de realizar pero menos preciso que los anteriores, en el que la dureza se obtiene en función de la profundidad de la huella y no de la superficie como en el Brinell y el Vickers.
Para realizar este ensayo se siguen los siguientes pasos: Se aplica una carga de 10 kg al
Se aumenta en 90 kg la carga, si se emplea el penetrador de bola y en 140 kg si es el de cono, manteniendo la carga durante un tiempo entre 1 y 6 segundos; a continuación se mide la
