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problemas prácticos encontrados a menudo en
el diseño de máquinas.
Aleación. Una aleación es una mezcla de uno o
más elementos metálicos con otros elementos
metálicos o no metálicos.
Recocido. Proceso que consiste en calentar un
metal o aleación hasta una temperatura
predeterminada, por debajo de su punto de
fusión, manteniendo esta temperatura por un
tiempo y luego enfriando lentamente. De
cualquier modo, recocido es un término
comprensible y el propósito de tal tratamiento
puede ser:
(a) Quitar esfuerzos
(b) Producir ablandamiento
(c) Modificar la ductilidad, resistencia,
propiedades eléctricas o magnéticas u otras
propiedades físicas
(d) Refinar la estructura cristalina
(e) Remover gases
(f) Producir una Microestructura definida
Fragilidad. Tendencia a la ruptura sin que haya
deformación apreciable.
Carburo. Compuesto formado cuando un
elemento se combina con el carbono. Los
carburos de metales por lo general son
extremadamente duros.
Carbono. El segundo constituyente de las
aleaciones hierro-carbono; es un elemento que
existe, al igual que el hierro, en más de una
forma de disposición atómica.
Acero al carbono. Acero que debe sus
propiedades principalmente a los diferentes
porcentajes de carbono, además de las
cantidades de otros elementos aleados.
Carburizacion Adición de carbono a la
superficie de una aleación a base de hierro, por
calentamiento del metal por debajo del punto
de fusión, en contacto con sólidos, líquidos o
gases carbonosos.
Acero fundido. Un objeto hecho por vertimiento de acero fundido dentro de moldes.
Descarburización. Remoción del carbono
(usualmente se refiere a la superficie del acero
sólido) por la acción (generalmente oxidante)
de un medio que reacciona con el carbono.
INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO
DE VERAGUAS
MATERIAL INFORMATIVO BASICO DE
ESTUDIO Y APRENDIZAJE
(M.I.B.E.A)
OBJETIVO: Al terminar con el estudio del
tema, el estudiante será capaz de Identificar los
Materiales y sus Procesos de Conformado.
FACILITADOR: OLIVER
AIZPRUA
TIEMPO DE APLICACIÓN DEL
MODULO: 4 SEMANAS
TEMAS:
1.1 Terminología de los Metales.
1.2 Hierros Grises, Dúctiles y de Alta Aleación.
1.3 Aceros Fundidos al Carbono y de Baja
Aleación.
1.4 Aceros Fundidos de Alta Aleación
1.5 Aceros al Carbono.
1.6 Acero de Baja Aleación y alta Resistencia
1.7 Acero de Baja Aleación y Media Aleación.
ACTIVIDADES:
1.1 Comentar con el profesor los temas
desarrollados, para que, se informe sobre
los contenidos a aprender.
1.2 Observar el material didáctico auxiliar
sobre el contenido del tema, para que,
logre tener una visión clara y total del tema
a desarrollar.
1.3 Desarrollar el cuestionario que se te
presenta, para que, logres los objetivos
propuestos y Retroalimentar.
1.4 Practicar problemas de aplicación, para
que, puedan poner en ejecución sus
conocimientos y Retroalimentar.
1.1 Terminología de los Materiales: Este
capítulo es un manual de referencia, hasta la
fecha, sobre metales ferrosos y no ferrosos, que
proporcionará al ingeniero o proyectista el
material básico para la solución de los
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Ductilidad. La propiedad de un metal de
aceptar una cantidad considerable de deformación mecánica (especialmente por estiramiento) sin agrietarse.
Aleación eutéctica. La composición de un
sistema aleado, en el cual las dos curvas de
líquido descendentes se intersectan en un
punto, en un sistema binario. Así, tal aleación
tiene un punto de fusión más bajo que las
composiciones vecinas. Puede presentarse más
de una composición eutéctica en un sistema
aleado específico.
Grafito. Con ciertas condiciones, en una
aleación hierro-carbono se presenta una porción
de carbono en forma de grafito, el cual es una
modificación cristalina distinta del elemento
carbono. El grafito formado por recocido, como
en una fundición maleable, comúnmente se
designa como carbono de temple.
Fundición gris. La fundición gris es hierro en
lingotes vuelto a derretir y vaciado dentro de
formas. Durante el derretido se ejerce control
sobre la composición, pero todas las
fundiciones grises tienen más del 2% de
carbono.
Temple. Calentamiento de ciertas aleaciones
con base de hierro hasta una temperatura
comprendida dentro de los límites de
temperatura crítica o superior a éstos y
enfriamiento rápido, con el fin de producir una
dureza superior a la obtenida cuando la
aleación no se enfría rápidamente.
Tratamiento térmico. Una operación o combinación de operaciones que incluye el
calentamiento de un metal o aleación hasta una
determinada temperatura y luego el
enfriamiento a una velocidad determinada, de
tal manera que se obtengan las propiedades
deseadas.
Maleabilidad. Una propiedad de los metales
que les permite ser curvados o deformados
permanentemente sin romperse. El hierro y el
acero llegan a ser muy maleables, según sea la
elevación de la temperatura.
Punto de fusión. Temperatura a la cual los
cristales de un metal puro están en equilibrio
con el líquido de la misma composición.
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Metalurgia. El arte y ciencia de producir
metales y sus aleaciones, fabricación y tratamientos térmicos.
Acero dulce. Acero que contiene una pequeña
cantidad de carbono, no más del 0.25%, y no
tiene elementos especiales de aleación. Debido
al bajo contenido de carbono, el acero dulce es
comparativamente blando.
Normalizado. Proceso en el cual una aleación
ferrosa se calienta hasta una temperatura
adecuada, superior a la zona de trasformación,
y se enfría posteriormente en aire quieto a la
temperatura ambiente.
Sobrecalentamiento. Calentamiento a una
temperatura tal que los granos se vuelven
gruesos, perjudicando entonces las propiedades
del metal.
Oxidación. Reacción química entre el oxígeno
y otros elementos (metales) que produce
óxidos.
Oxido. Término aplicado usualmente al
herrumbre, corrosión, película o incrustación.
Hierro en lingotes. El hierro en lingotes es
el producto de reducir el mineral de hierro en
un alto horno. Es el primer paso en la
producción de todos los metales con base de
hierro.
Enfriamiento rápido. Enfriamiento rápido por
inmersión en líquidos o gases, o por contacto
con metal.
Acero. Todo acero es una aleación de hierro,
carbono, manganeso, fósforo, azufre y silicio.
Se pueden agregar otros elementos, tales como
níquel, cromo, molibdeno y tungsteno, para
obtener propiedades especiales; pero en todas
las clases de aceros (excepto en los aceros
inoxidables) el carbono es el elemento más
importante, fuera del metal base que es el
hierro.
Rebajado de tensiones. Esta es una forma de
tratamiento térmico bien conocida por todos los
que tienen que trabajar con aceros de alto
carbono, medio carbono o aleaciones, así como
con aceros dulces. Consiste en el calentamiento
uniforme, por ejemplo de una estructura
soldada, a una temperatura suficiente para
rebajar la mayor parte de las tensiones
2
producidas por el calor de la soldadura. Este
tratamiento también se utiliza para rebajar las
tensiones producidas por el maquinado o
trabajo en frío. El rebajado de tensiones no
debe confundirse con otras formas de
tratamiento térmico, tales como recocido y
normalizado.
Revenido. Un proceso de calentamiento empleado para alterar la dureza de un metal que ya
ha sido sometido a un tratamiento térmico. La
temperatura de revenido es menor que la
temperatura a la cual se ha efectuado el primer
tratamiento térmico.
Soldadura. Una fusión localizada del metal, la
cual se produce por calentamiento a
temperaturas adecuadas, con la aplicación de
presión o sin ella y con el empleo de metal de
aporte o sin él. El metal de aporte tiene un
punto de fusión aproximadamente igual al de
los metales bases o inferior, pero siempre
superior a los 800°F.
Soldabilidad. Capacidad que tiene un metal de
soldarse con las condiciones de fabricación
impuestas, con una estructura específica
adecuada para desempeñar satisfactoriamente el
servicio deseado.
Endurecimiento por trabajo. Dureza
desarrollada en un metal como resultado de
trabajarlo en frío.
Fig. 13.1 Tipos de Hierro Fundido
TIPOS DE HIEROS FUNDIDOS
Clasificados por la forma principal del
carbono en la Microestructura
Fundición Gris
La mayor parte del contenido de carbono
aparece como escamas de grafito dispersos
en todo el hierro. Los grados individuales
de fundición gris dependen de la cantidad
de grafito presente, su patrón de
distribución y la estructura del hierro
alrededor de él.
Hierro Dúctil
La forma principal en que se presenta el
(Nodular)
carbono es en esferas de grafito, las cuales
son visibles como puntos sobre una
superficie lisa. Los diferentes grados de
hierro dúctil dependen principalmente de la
estructura del hierro alrededor del grafito.
Fundición Blanca
Esencialmente, todo el contenido de
carbono se combina con el hierro formando
carburos de hierro (cementita) – Un
material muy duro. Los grados dependen
de la cantidad de cementita y de la
estructura circunvecina.
Hierro Maleable
El carbono, se presenta en forma de nódulos
de grafito. Los diferentes grados se
determinan por la estructura del metal
alrededor de los nódulos.
Hierro de Alta
Estos hierros generalmente tienen por lo
Aleación
menos un contenido de aleación de 3 % .
Pueden contener escamas de grafito, esferas
de grafito o carburos de hierro, pero el
contenido de aleación proporciona
1.2 Hierros Grises, Dúctiles y de Alta
Aleación: La selección de los materiales de
ingeniería no puede separarse de los métodos
de fabricación. Aunque los hierros de fundición
se encuentran disponibles en barras, para su
empleo en máquinas automáticas, la principal
ventaja del hierro es la facilidad con que se
puede fundir en formas complejas. Así, la
consideración del hierro fundido incluye
también el proceso de fundición y el diseño.
El hierro fundido es una aleación de tres
elementos (hierro, carbono y silicio) con un
contenido de carbono superior al 2%.
Estos materiales se pueden dividir en cinco
tipos (fig.13.1) con base en la cantidad de
carbono que hay en el metal. Dentro de cada
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propiedades que no son características de
los hierros no aleados o poco aleados.
uno de estos tipos hay cierto número de grados,
clasificados por resistencia a la tracción
mínima.
Debido a su bajo costo, el hierro fundido se
considera como un metal simple, tanto para la
producción como para la especificación.
Actualmente la metalurgia del hierro fundido es
más compleja que la del acero y la de otros
materiales de diseño familiares. Mientras que la
mayor parte de los otros metales generalmente
se especifican por un análisis químico
corriente, un mismo análisis del hierro fundido
puede producir varios tipos completamente diferentes de hierro, dependiendo de la velocidad
3
del enfriamiento, del espesor de la fundición y
del tiempo que la fundición permanece dentro
del molde. Controlando estas variables, la
fundición puede producir una amplia variedad
de hierros resistentes al calor o al desgaste o
adecuados para elementos sometidos a alta
resistencia. Así, los hierros fundidos ofrecen un
gran número de ventajas de diseño y de
producción:
(a) Costos de maquinado y de producción
relativamente bajos
(b) Disponibilidad debida a la gran cantidad
de abastecedores
(e) Buena maquinabilidad en un nivel de
dureza resistente al desgaste y excelente
maquinabilidad sin rebaba a un nivel de
dureza más bajo
(d) Capacidad de moldeo en formas
complicadas
(e) Excelente resistencia al desgaste,
especialmente con condiciones de
lubricación límites
(f) Alta capacidad para amortiguar
vibraciones
(g) Excelente funcionamiento a temperaturas
elevadas
El elemento más importante del hierro fundido
es el carbono, el cual representa
aproximadamente del 2 al 6% del metal
fundido cuando éste se vierte. Menos del 2%
del carbono puede permanecer en solución
después de que el hierro se solidifica. El exceso
de carbono se separa durante el proceso de
solidificación y forma grafito libre, y en la
fundición blanca el exceso forma carburo de
hierro. El exceso de carbono es la clave para la
alta fluidez, la baja contracción, la alta
capacidad de amortiguamiento y la buena
maquinabilidad de los hierros fundidos.
tracción- es una de sus propiedades
sobresalientes. Esta alta relación entre la
resistencia a la compresión y la resistencia a la
tracción con frecuencia se puede utilizar
ventajosamente en en diseño. Por ejemplo, al
colocar nervaduras sobre el lado de compresión
de una lámina en vez de colocarlas del lado de
tracción, se puede obtener un elemento más
fuerte y liviano.
Los diferentes grados de fundición gris se
clasifican y especifican de acuerdo con la
resistencia a la tracción, debido a que la
resistencia está estrechamente relacionada con
las otras propiedades mecánicas de la fundición
gris. La resistencia a la tracción está
comprendida entre 20,000 y 60,000 psi.
HIERRO DÚCTIL:
El hierro dúctil no es tan utilizable como la
fundición gris y es más difícil para el control de
producción.
Sin embargo, el hierro dúctil se puede emplear
cuando se requieren resistencias y ductilidades
más altas que las disponibles en la fundición
gris
El hierro dúctil se especifica por sus
propiedades a la tracción En la designación de
sus diferentes grados se utiliza un símbolo de
tres números que se refieren a resistencia a la
tracción, la resistencia a la fluencia y el
porcentaje de alargamiento. El intervalo de
especificación más común esta comprendido
entre el grado de alta ductilidad 54 – 40 – 18 y
el grado de alta resistencia 120 – 90 – 02.
FUNDICION BLANCA:
Debido a su dureza extrema, la fundición
blanca se utiliza principalmente en aplicaciones
que requieran resistencia al desgaste y a la
abrasión. Sus aplicaciones mas comunes se
encuentran en las zapatas de los frenos para
ferrocarriles, rodillos laminadores, maquinaria
para trabajar con materiales abrasivos, sistemas
de manejo de cenizas en plantas de potencia,
mezcladores de arcilla y equipos para fabricar
ladrillos y molinos trituradores y
FUNDICION GRIS
La resistividad eléctrica de la fundición gris es
generalmente más alta que la de otros metales
ferrosos, debido a la presencia de escamas en el
grafito.
La alta resistencia compresiva de la fundición
gris -- tres a cinco veces la resistencia a la
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pulverizadores. El costo de la fundición blanca
sencilla (no aleada) es relativamente baja.
La principal desventaja de la fundición blanca
es que es demasiado frágil. La fragilidad puede
reducirse, pero esto hace aumentar su costo y
disminuir su dureza.
1.
2.
3.
4.
5.
aceros al carbono en la fabricación de artículos
que todos los demás metales juntos. La
investigación sobre la metalurgia de los aceros
al carbono y su técnica de fabricación es mayor
que la de todos los demás aceros.
La comprensión completa del criterio para la
selección y especificación de todos los tipos de
acero requiere el conocimiento del significado
de los términos: formas de acero al carbono,
calidades, grados, revenidos, acabados,
aristas, tratamientos térmicos y cómo y
cuándo estos términos se relacionan con las
dimensiones, tolerancias, propiedades físicas
y mecánicas y condiciones de fabricación.
La labor de especificación del proyectista
comienza realmente en el instante en que el
acero fundido llega al molde. Las condiciones
con las cuales el acero se solidifica tienen un
efecto importante sobre la producción y el
desempeño de los productos elaborados.
1.3 HIERRO MALEABLE:
El hierro maleable es un material de fundición
comercial, semejante al acero en muchos
aspectos. Es fuerte y dúctil, tiene buena
resistencia al impacto y a la fatiga y excelentes
características para el maquinado.
Los aceros fundidos al carbono y de baja
aleación se prestan para la formación de piezas
aerodinámicas y partes complicadas con alta
resistencia y rigidez. Un cierto número de
ventajas hacen de la fundición de acero un
método privilegiado de construcción:
La estructura metalográfica de la fundición de
acero es uniforme en todas las direcciones. No
le afectan las variaciones direccionales sobre
las propiedades de los productos forjados.
Los aceros fundidos se encuentran disponibles
con una amplia gama de propiedades mecánicas,
dependiendo de la composición y del
tratamiento térmico.
Las fundiciones de acero se pueden recocer,
normalizar, revenir, templar o carburizar.
Las fundiciones de acero son tan fáciles de
maquinar como los aceros forjados.
La mayoría de composiciones de aceros al
carbono y de baja aleación fundidos son
fácilmente soldables ya que el contenido de
carbono es inferior al .45 por ciento.
1.4 Aceros Fundidos de Alta Aleación:
El término alta aleación se aplica arbitrariamente a fundiciones de acero que contienen
un mínimo de 8% de níquel y / o cromo. Tales
fundiciones se emplean principalmente para
resistir la corrosión o para proporcionar
resistencia a temperaturas superiores a los
1200°F.
1.5 Aceros al Carbono:
Los aceros al carbono son la base del diseño de
productos. Constituyen más del 90% de la
producción total de acero. Se utilizan más
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ESPECIFICACION DEL ACERO
Se utilizan varios medios para identificar un
acero específico; por análisis químico, por sus
propiedades mecánicas, por su capacidad para
satisfacer una especificación o una condición
industrial o por su capacidad para ser fabricado
en una parte identificada.
ESPECIFICACIONES POR ANALISIS
Químico:
El productor puede ser instruido para producir
una composición deseada en una de las tres
maneras siguientes:
(a)
Por un límite máximo
(b)
Por un límite mínimo
(e)
Por una zona aceptable
Algunos de los elementos comúnmente
especificados son:
Carbono. El principal elemento endurecedor
en el acero. Cuando el contenido de carbono se
aumenta hasta cerca del .85%, la dureza y la
resistencia a la tracción aumentan, pero la
ductilidad y la Soldabilidad disminuyen.
Manganeso. Un contribuidor menor para la
dureza y la resistencia. Las propiedades
5
dependen del contenido de carbono. Un
incremento en el contenido de manganeso
aumenta la penetración del carbono durante la
Carburizacion. Esto es provechoso para el
acabado superficial, para todos los contenidos
de carbono.
Fósforo. Grandes cantidades aumentan la
resistencia y la dureza pero reducen la ductilidad y la resistencia al impacto, particularmente en los grados de más alto carbono. El
fósforo mejora la maquinabilidad en los aceros
de bajo carbono y fácil maquinado.
Azufre. Un aumento en el contenido de
azufre reduce la ductilidad trasversal, la
resistencia al impacto con muesca y la
Soldabilidad. El azufre se adiciona para mejorar la maquinabilidad de los aceros.
Silicio. El principal desoxidante en la industria
del acero. El silicio aumenta la resistencia y la
dureza, pero en menor grado que el manganeso.
Cobre. Mejora la resistencia a la corrosión
atmosférica cuando el contenido es mayor de
.15% (generalmente se especifica un mínimo de
.20%.) El cobre perjudica la soldadura por
forja, pero no afecta la soldadura por arco o
acetilénica.
Plomo. Mejora la maquinabilidad del acero.
empleado en calderas y otros quipos
mecánicos. La ASME da especificaciones
para placas de acero, cooperando estrechamente
con la ASTM en el empleo de las mismas
designaciones para la misma placa.
ASTM American Society for Testing Materials.
Este grupo se interesa en materiales de todas las
clases y publica
especificaciones. Las
especificaciones de acero ASTM para placas de
acero y formas estructurales son empleadas por
todos los fabricantes de acero de Norteamérica.
Las especificaciones para placa de acero son
generalmente editadas por la ASTM en
cooperación con la ASME. Como la mayor
parte de las placas de acero empleadas en el
Canadá son hechas en los Estados Unidos, las
especificaciones ASTM y ASME se extienden
a este país.
Las especificaciones para chapas de acero son
descritas ampliamente por la industria de
productos acabados, representada por la AISI,
cuyas recomendaciones son generalmente
seguidas por los productores y los
consumidores. Las especificaciones más
conocidas y utilizadas para barras de acero son
las publicadas por la SAE y la AISA. En los
últimos años la AISI ha llegado a ser la
especificación más ampliamente utilizada.
Debido a que ambas asociaciones emplean el
mismo sistema básico, resulta difícil
diferenciarlas. En ambos casos el número es un
código que indica la composición del acero. El
código es sencillo y fácil de aprender y más
tarde se tratará detalladamente en este capítulo.
La ASTM tiene varias especificaciones que
abarcan el acero estructural, mientras que la
CSA tiene dos especificaciones para uso en el
Canadá. Estas son la S-39 que se refiere al
acero estructural dúctil y la S-40 que se refiere
al acero estructural medio. En los Estados
Unidos la ASTM parece tener prioridad ya que
tanto la AISI como la AISC (American Institute
of Steel Construction) hacen alusión a las
especificaciones ASTM.
Las diferentes asociaciones tienden a do minar
sus respectivos campos. Las ventajas de la
normalización de los diferentes campos de
ASOCIACIONES CLASIFICADORAS'
Las especificaciones que cobijan la composición de estos metales han sido publicadas por
varias asociaciones clasificadoras. Estas
especificaciones sirven como una guía de
selección y proporcionan un medio para que el
comprador determine convenientemente ciertas
condiciones.
Las principales asociaciones clasificadoras son:
CSA Canadian Standards Association
SAE Society of Automotive Engineers
AISI-American Iron and Steel Institute. Esta es
una asociación de productores de acero que
publica las especificaciones del acero para la
industria de fabricación del acero y coopera con
la SAE, utilizando los mismos números para los
mismos aceros.
ASME – American Society of Mechanical
Engineers. Este grupo se interesa en el acero
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productos son obvias, y por medio de la
normalización podría eliminar-se la oposición
entre los diferentes grupos. Así, la ASME y la
ASTM en cooperación desarrollaron las
especificaciones citadas y empleadas
generalmente para la placa de acero, mientras
que los ingenieros automotrices tienen un
mayor interés en las barras de acero y
consecuentemente han desarrollado
especificaciones para este producto, que han
llegado a ser de uso general.
SAE y AISI Sistemas de identificación de
aceros. Las especificaciones para barras de
acero se basan en un código que indica la
composición de cada tipo de acero estudiado.
Incluyen tanto el acero al carbono simple como
el acero aleado. El código es un sistema de
cuatro números. Las cifras del código tienen las
siguientes funciones especificas: la primera
cifra de la izquierda indica la clase principal de
acero; la segunda cifra representa una
subdivisión de la clase principal; por ejemplo,
la serie cuya cifra de la izquierda es uno
describe los aceros al carbono. La segunda cifra
divide esta clase en aceros normales de bajo
contenido de azufre, de alto contenido de azufre
y fácil maquinado y otro grado que tiene mayor
contenido de manganeso que el normal.
Clase 1
Aceros al carbono
lxxx
Aceros al carbono de horno Martin Siemens y
Bessemer ácido, no sulfurados ni fosforados
l0xx
Aceros al carbono de horno Martin
Siemens y Bessemer ácido, sulfurados pero no
fosforados 11xx
Aceros al carbono de horno Martin
Siemens fosforados
12xx Originalmente la segunda cifra indicaba
el porcentaje del elemento principal de aleación
y esto es cierto en muchos de los aceros
aleados. Sin embargo, esto tuvo que ser
alterado a fin de abarcar todos los aceros
disponibles.
La tercera y cuarta cifras indican el contenido de carbono en centésimas del 1 %; así, el
código xxl5 indica el .15 del 1% de carbono.
Ejemplo SAE 2335 es un acero al níquel que
contiene 3.5% de níquel y .35 del 1% de
carbono.
La mayoría de las especificaciones de los
productos de acero indican tanto las propiedades mecánicas como su composición. Esto
no es cierto en los números SAE y constituye la
mayor diferencia entre las especificaciones
publicadas por la ASTM, la ASME y los
números SAE o AISI. A pesar de esto, los
números SAE son convenientes, ampliamente
utilizados y muy útiles, siempre que sean
entendidos cabalmente y apreciadas sus
limitaciones.
CHAPAS DE ACERO AL CARBONO
Las chapas de acero al carbono laminadas se
hacen a partir de chapas gruesas calentadas, las
cuales son progresivamente reducidas en
tamaño mientras se mueven a través de una
serie de rodillos.
CHAPAS LAMINADAS EN CALI ENTE
Las chapas laminadas en caliente se producen
en tres calidades principales:
Calidad comercial. La calidad superficial tiene
una importancia secundaria, por lo cual sus
aplicaciones son aquellas donde el óxido y las
imperfecciones normales de la superficie no
son inconvenientes.
Calidad estirada. Las chapas de calidad
estirada se emplean en aplicaciones donde la
apariencia superficial es una consideración
secundaria.
Calidad física. Producida para aplicaciones
que requieren propiedades mecánicas específicas, además de las características de
flexión que tienen las chapas de calidad
comercial. El acabado superficial de la chapa
de calidad física es el mismo que el de las
chapas de calidad comercial.
CHAPAS LAMINADAS EN FRIO
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Las chapas laminadas en frío se hacen partiendo de bobinas laminadas en caliente, las
cuales son decapadas y luego reducidas en frío
al espesor deseado. La calidad comercial de las
chapas laminadas en frío normalmente se
produce con un acabado mate adecuado para
pintar o esmaltar, pero no para platear. Las
chapas no tienen necesariamente un alto grado
de ductilidad o uniformidad de la composición
química o propiedades mecánicas.
la altura, la anchura del ala y cl peso por pie de
longitud.
5. Secciones de ala ancha. Descritas por la
profundidad, el ancho del ala y el peso por pie
de longitud.
Las propiedades de los aceros de baja aleación
y alta resistencia (HSLA) generalmente son
superiores que las de los aceros al carbono
estructurales convencionales. Estos aceros de
baja aleación generalmente se escogen por sus
grandes relaciones entre la resistencia a la
fluencia y la resistencia a la tracción, la
resistencia al picado, la resistencia a la
abrasión, la resistencia a la corrosión y la
tenacidad.
Los aceros RSLA se producen para condiciones con propiedades mecánicas específicas, más que por su composición química y
normalmente no son sometidos a tratamientos
térmicos.
PLACAS DE ACERO AL CARBONO
Las placas de acero al carbono se producen (en
placas rectangulares o en bobinas) por un
laminado directo en caliente a partir del lingote
o de la chapa gruesa. Los límites para el
espesor de la placa están comprendidos entre
1500 plg y más para placas hasta de 48 plg de
anchura, y entre .2300 plg y más para placas de
más de 48 plg de anchura. El espesor se
especifica en pulgadas, fracciones de pulgada, o
decimales de pulgada. También puede
especificarse por el peso por pie cuadrado,
calculado sobre la base de 40.8 plg / pie2 por
plg de espesor.
1.
2.
3.
ESPECIFICACIONES ASTM
La ASTM tiene seis especificaciones que
abarcan los aceros de baja aleación y alta
resistencia. Estas son:
ASTM A-94. Empleado principalmente para
estructuras remachadas y empernadas y para
fines estructurales específicos.
ASTM A-242. Empleado principalmente para
miembros estructurales donde son importantes
la durabilidad y el peso liviano.
ASTM A-374. Empleado donde se requiere
alta resistencia y la resistencia a la corrosión
atmosférica debe ser por lo menos igual a la del
acero al cobre sencillo.
ASTM A-375. Esta especificación se diferencia
ligeramente de la ASTM A-374 en
que el material puede ser especificado en
condiciones de recocido o normalizado.
ASTM A-440. Esta especificación abarca los
aceros de alta resistencia de medio manganeso
para aplicaciones no soldables
ASTM A-441. Esta especificación abarca los
aceros HSLA de medio manganeso, los cuales
son fácilmente soldables cuando se emplean
procedimientos de soldadura adecuados.
1.5 Aceros de baja Aleación y Alta
Resistencia:
Las propiedades de los aceros de baja aleación
y alta resistencia(HSLA) generalmente
Designaciones de tamaño. Se utilizan varios
medios para describir las secciones
estructurales en una especificación, dependiendo primordialmente de su forma:
Las vigas y las canales se miden por la
profundidad de la sección, en pulgadas, y el
peso en libras por pie de longitud.
Los ángulos se describen por la longitud de las
alas y el espesor, en fracciones de pulgada, o
más comúnmente, por las longitudes de las alas
y su peso por pie de longitud. El ala más larga
se establece siempre primero.
Las tees (T) se especifican por la anchura del
ala, la altura total del alma y el peso por pie de
longitud, en ese orden.
4. Las setas se especifican por la anchura del
ala y su espesor en fracciones de pulgada, o por
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1.7 Aceros de Baja y Media Aleación:
Existen dos tipos básicos de acero aleado:
templable completamente y templable
superficialmente. Cada tipo contiene una
extensa familia de aceros, cuyas propiedades
físicas, químicas y mecánicas los hace
adecuados para aplicaciones.
Los aceros templables completamente se
utilizan cuando la dureza y la resistencia
máximas deben extenderse profundamente
dentro de la pieza para proporcionar una alta
resistencia a los esfuerzos críticos. Estos aceros
se utilizan en los trenes de aterrizaje de los
aviones, para resistir la combinación de
esfuerzos cortantes y de compresión; en los
rodamientos de bolas, para resistir las fuerzas
de compresión, fatiga y desgaste; en barras
sometidas a torsión y pernos de alta resistencia
para soportar altos esfuerzos cortantes; y en
muchos tipos de resortes sometidos a tracción,
compresión, esfuerzo cortante y fatiga.
Los aceros templables superficialmente se
utilizan cuando se necesita un núcleo tenaz y
únicamente se requiere dureza superficial.
ACEROS INOXIDABLES:
Los aceros inoxidables tienen muchos usos
industriales debido a su resistencia a la
corrosión y a sus propiedades de resistencia.
Las características de la mayoría de los aceros
inoxidables son su alta resistencia a la
corrosión en un amplio campo de medios
ambientales, alta resistencia para soportar
esfuerzos de elaboración, excelente resistencia
a la oxidación, resistencia a elevadas
temperaturas y buena capacidad de elaboración.
maquinado, frecuentemente reducen el
número de operaciones de acabado necesarias.
La maquinabilidad óptima se produce
agregando aditivos al acero, con lo cual se
mejora el acabado, las tolerancias y la
alineación de las barras y se alivian los
esfuerzos internos; o ajustando su nivel de
dureza por un tratamiento térmico. Estas
técnicas se utilizan también combinadamente.
ALUMINIO:
La densidad del aluminio es aproximadamente
la tercera parte de la densidad del acero, latón,
níquel o cobre. Sin embargo, algunas
aleaciones de aluminio son más fuertes que el
acero estructural. Con la mayoría de las
condiciones de servicio, el aluminio tiene alta
resistencia a la corrosión y forma sales
incoloras que no manchan ni decoloran las
partes adyacentes. El aluminio
tiene buena conductividad térmica y eléctrica y
alta reflectividad.
El aluminio y sus aleaciones son disponibles prácticamente en todas las formas
comerciales en las cuales comúnmente se
utilizan metales: alambre, lámina, polvo, chapa,
placa, barras, piezas extrudidas, forjadas y
fundidas.
A fin de proporcionar combinaciones
satisfactorias de propiedades y características,
las aleaciones de aluminio fundido consisten
esencialmente en los siguientes sistemas:
aluminio-silicio, aluminio-silicio-cobre y
aluminio-silicio-magnesio.
DESIGNACIONES DE GRUPOS DE
ALEACIONES:
Aluminio, 99,00 por ciento o más
lxxx
Cobre
2xxx
Manganeso
3xxx
Silicio
4xxx
Magnesio
5xxx
ACEROS DE FACIL MAQUINADO:
Se ha desarrollado una familia completa dc
aceros de fácil maquinado, a fin de obtener un
maquinado rápido y económico. Estos aceros
son disponibles en barras de diferentes
composiciones, corrientes y patentadas. Cuando
se utilizan adecuadamente bajan el costo de
maquinado, ya que se reduce el tiempo gastado
en la re-moción del metal. Además, las mejores
superficies, obtenidas con aceros de fácil
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Magnesio y silicio
6xxx
Cinc
7xxx
Otros elementos
8xxx
Serie no Utilizada
9xxx
trabajo en frío, pero ésta se pierde por efecto de
la soldadura y no puede recuperarse con
tratamientos térmicos.
Las principales aleaciones empleadas son:
(a)
Cobre puro como conductor en la
industria eléctrica
(b) Tuberías de cobre o de aleación Para
líneas de agua, drenajes, aire acondicionado y
refrigeración
(c) Latones y cuproníqueles en intercambiadores de calor
(d) Latones, bronces fosforosos y pía-tas
alemanas en resortes o en la construcción de
equipos, si las condiciones de corrosión son
demasiado fuertes para cl hierro o el acero.
Una ventaja del cobre y sus aleaciones con
respecto a los otros metales es la amplia gama
de colores disponibles. Los latones se pueden
obtener en matices desde el amarillo hasta el
pardo rojizo; los bronces desde el cobrizo hasta
el dorado; cuproníqueles y platas alemanas
desde el rosado hasta el plateado.
Fig. 13.9 Designación de las aleaciones de
aluminio forjado
La adición de silicio aumenta la fluidez del
aluminio derretido, lo cual mejora la capacidad
de fundirse de las aleaciones aluminio-cobre. El
contenido de cobre proporciona las mayores
resistencias y durezas y una mejor
maquinabilidad.
COBRE:
Aproximadamente 250 de las aleaciones del
cobre se fabrican en varillas, tubos laminados y
alambre. Cada una de estas aleaciones tiene
alguna propiedad o combinación de
propiedades que la hace única. Se pueden
agrupar en varios nombres, tales como: cobres,
latones, latones al plomo, bronces fosforosos,
bronces de aluminio, bronces silicados, cobres
al berilio, cuproníqueles y platas alemanas.
Las aleaciones de cobre se utilizan cuando
se necesita una o más de las siguientes
propiedades: conductividad térmica o eléctrica,
resistencia a la corrosión, resistencia, facilidad
de conformado, facilidad de unión y color. El
cobre tiene mejor conductividad por volumen
que cualquier otro metal de precio comercial.
El cobre y sus aleaciones tienen excelente
resistencia a la corrosión. La mayoría de los
sistemas se conforman fácilmente en frío o
caliente, y pueden ser unidos por métodos
convencionales. El cobre y sus aleaciones
tienen las siguientes desventajas: relación de la
resistencia al peso relativamente baja,
disminución de la resistencia a temperaturas
elevadas y susceptibilidad al agrietamiento
debido a los esfuerzos de corrosión. Las
aleaciones aumentan su resistencia con el
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NIQUEL:
Comercialmente el níquel puro forjado es un
metal blanco grisáceo capaz de obtener un alto
brillo. Debido a su combinación de atractivas
propiedades mecánicas, resistencia a la
corrosión y formabilidad, el níquel o sus
aleaciones son utilizados en gran variedad de
aplicaciones estructurales que generalmente
requieren una resistencia a la corrosión
específica
Desde el punto de vista estructural, algunas
aleaciones de níquel están entre los materiales
más tenaces conocidos. Las aleaciones dc
níquel también tienen buenas propiedades
eléctricas, magnéticas, magnetoestrictivas y
otras propiedades físicas. Algunas aleaciones
de níquel tienen una resistencia, tenacidad y
ductilidad altas a temperaturas criógenas.
El níquel es importante como revestimiento
electroplateado que ofrece buena resistencia a
la corrosión y a la oxidación, propiedades
físicas y mecánicas favorables y de fácil
aplicación. Las aplicaciones de plateado típicas
incluyen: acabados decorativos e industriales,
10
ajuste de dimensiones, electroformación,
plateado de no conductores, soldadura fuerte y
uniones.
la corteza terrestre y el noveno elemento
común.
Las aleaciones a base de titanio son más fuertes
que las de aluminio y superiores en muchos
aspectos a la mayoría de las aleaciones de
acero. Son superiores a todos los metales y
aleaciones usuales en la ingeniería con respecto
a la relación resistencia-peso en los límites de
temperatura comprendidos. entre - 423°F y +
l000°F. Esta propiedad de su alta resistencia es
acompañada por una excelente tenacidad y
buena resistencia a la fatiga.
MAGNESIO:
El magnesio, cuya densidad es solamente .063
lb por plg3, es el metal estructural más liviano
del mundo. La combinación de su baja
densidad y su buena resistencia mecánica hace
posible la obtención de aleaciones con altas
relaciones resistencia-peso.
De todos los metales estructurales, las
aleaciones de magnesio son las más fáciles de
maquinar, y pueden conformarse fácilmente
por la mayoría de los procesos de trabajado de
metales. Las aleaciones de magnesio son
fácilmente soldables y tienen alta eficiencia en
las uniones soldadas. Además poseen
excelentes características de formabilidad a
elevadas temperaturas.
BERILIO:
El berilio tiene una relación resistencia-peso
comparable a la del acero de alta resistencia, no
obstante ser más liviano que el aluminio. Su
punto de fusión es 2345°F y tiene una excelente
conductividad térmica. Es diamagnético y buen
conductor de la electricidad.
Aunque el calor especifico del berilio es
aproximadamente igual al de otros materiales
estructurales a temperatura ambiente, es varias
veces mayor que el de otras aleaciones a
2000°F. Este alto calor específico, combinado
con su alta conductividad térmica, permiten
utilizar el berilio en sitios donde estructuras de
igual peso hechas de materiales más fuertes y
más refractarios pudieran fundirse.
CINC:
El cinc es un metal relativamente barato que
tiene resistencia y tenacidad moderadas y una
resistencia a la corrosión bastante alta en
muchos tipos de servicio. La principal salida
de los productos de cinc se encuentra en la
industria automotriz, en el campo de utensilios
y en la fabricación general de muchas formas,
incluyendo el cinc laminado.
Las principales características que influyen en la selección de las aleaciones de cinc
para moldeo en matriz comprenden la precisión
dimensional obtenible, la fundibilidad de
secciones delgadas, superficies lisas,
estabilidad dimensional y adaptabilidad en una
amplia variedad de acabados. Son además de
consideración el bajo costo y la alta tasa de
producción, así como la máxima flexibilidad de
diseño.
METALES REFRACTARIOS:
Los metales refractarios son aquellos cuya
temperatura de fusión es superior a los 3600°F.
Entre estos, los más conocidos y más
ampliamente usados son el tungsteno, tantalio,
molibdeno y columbio.
Cada uno de estos cuatro metales es soluble y
forma aleaciones de solución sólida con cada
uno de los otros, en cualquier proporción.
Productos maquinados de tantalio, tungsteno,
molibdeno, columbio y sus aleaciones, así
como productos tales como tornillos, pernos,
espárragos, tuberías, alambres y láminas se
encuentran disponibles en los almacenes de
material.
TITANIO:
El titanio es un metal liviano (0.16 lb por plg3
), siendo 60% más pesado que el aluminio
(0.10 lb por plg3) pero 45% más liviano que
el acero aleado (0.286 lb por plg3 ). Es el
cuarto elemento metálico más abundante en
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Los metales refractarios se caracterizan por la
resistencia a la corrosión a altas temperaturas y
la alta temperatura de fusión.
El alambre de molibdeno es ampliamente usado
para rejillas y elementos de soporte y para
ánodos, cátodos y soportes de filamentos en
tubos electrónicos. Es también muy usado para
elementos de calefacción y pantallas térmicas
en hornos.
TANTALIO Y COLUMBIO
El tantalio y el columbio generalmente se tratan
al mismo tiempo, ya que la mayor parte de sus
operaciones de trabajo son idénticas. A
diferencia del molibdeno y el tungsteno, el
tantalio y el columbio pueden trabajarse a
temperatura ambiente. La mayor diferencia
entre el tantalio y el columbio es su densidad,
su sección trasversal nuclear y su resistencia a
la corrosión. La densidad del tantalio es casi
dos veces la del columbio. La sección trasversal
nuclear del tantalio es casi veinte veces la del
columbio. Aunque el columbio tiene buena
resistencia a la corrosión, el tantalio tiene un
mayor grado de inactividad química que
cualquier otro metal.
Los únicos ácidos que atacan al tantalio son el
fluorhídrico, el sulfúrico fumante y el fosfórico;
los últimos dos ácidos únicamente en altas
concentraciones y a altas temperaturas.
TUNGSTENO:
El tungsteno es el único metal refractario que
tiene una combinación de excelente resistencia
a la corrosión, buena conductividad eléctrica y
térmica, un bajo coeficiente de dilatación y alta
resistencia a temperaturas elevadas,,
El tungsteno es mejor conductor eléctrico que
el níquel, el platino, el mercurio
y el acero. Su conductividad es
aproximadamente la misma que la del
molibdeno y aproximadamente la mitad que la
del aluminio.
El tungsteno tiene aproximadamente el mismo
bajo coeficiente de dilatación que los diferentes
grados de vidrio boro silicatado comúnmente
empleado en tubos electrónicos. Se utiliza para
hacer un sello adecuado vidrio-metal.
METALES PRECIOSOS:
Debido a las necesidades actuales de metales
capaces de soportar grandes esfuerzos, altas
temperaturas y atmósferas desintegradoras, hay
que tener en cuenta un grupo de metales que
fueron inicialmente ignorados por
consideraciones de Costo. Los metales del
grupo del platino platino, paladio, rodio, iridio,
rutenio y osmio así como el oro y la plata son
reconocidos y aceptados hoy como metales
industriales.
Frecuentemente las propiedades de los metales
del grupo del platino y sus aleaciones hacen
que éstos sean los únicos materiales capaces de
satisfacer las condiciones de servicio
requeridas. Como conclusión, ellos pueden
llegar a ser, en muchos casos, la elección más
económica de metales.
PLATINO:
El platino es blanco, maleable, dúctil y toma un
brillo alto y permanente. Cuando se calienta al
rojo se ablanda y puede ser trabajado
MOLIBDENO:
El molibdeno es empleado ampliamente en
proyectiles, tubos electrónicos, hornos industriales y proyectos nucleares. Su punto de
fusión es más bajo que el del tantalio y el
tungsteno. El molibdeno tiene una alta relación
resistencia-peso, una baja presión de vapor, es
un buen conductor del calor y de la
electricidad, tiene un alto módulo de elasticidad
y un bajo coeficiente de dilatación. En general,
el molibdeno tiene propiedades similares a las
del tungsteno. Sin embargo, es más dúctil y
más fácil de trabajar.
El molibdeno es uno de los pocos metales que
tienen algún grado de resistencia al ataque del
ácido fluorhídrico. El molibdeno también
resiste el ataque del cloro y el yodo, pero no el
del flúor. El metal es atacado lentamente por
los ácidos clorhídrico, sulfúrico y fosfórico y
rápidamente por el ácido nítrico.
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fácilmente. Es casi inoxidable y soluble
únicamente en líquidos que producen cloro
libre, tales como el agua regia. Al calentarlo al
rojo, el platino es atacado por los cianuros,
hidróxidos, sulfuros y fosfuros.
venenoso. El efecto del rutenio sobre la dureza
y resistencia del platino es el mayor de todos
los metales del grupo.
RODIO:
El rodio es un metal blanco, muy duro,
trabajable en forma pura únicamente con ciertas
condiciones. Desempeña un papel importante
en el alambre del termopar de platino-rodio
para medidas de temperaturas hasta de 3000°F.
Es frecuentemente electroplateado para formar
una superficie dura, resistente al desgaste y
permanentemente brillante.
PALADIO:
El paladio es de color blanco argentino, muy
dúctil y ligeramente más duro que el platino. Es
fácilmente soluble en agua regia y es atacado
por los ácidos nítrico y sulfúrico en ebullición.
El paladio tiene una extraordinaria capacidad
para absorber grandes cantidades de hidrógeno
y, con ciertas condiciones, puede emplearse en
forma pura o como una aleación paladio-plata
para purificar el hidrógeno por difusión.
OSMIO:
El osmio tiene la mayor gravedad específica y
la más alta temperatura de fusión de los metales
del grupo del platino. Se oxida fácilmente
cuando se calienta al aire, formando un
tetróxido volátil y tóxico. Hasta donde se
conoce, ni el osmio ni el rutenio han sido
trabajados en forma pura satisfactoriamente o a
escala comercial.
IRIDIO:
El iridio es el elemento conocido más resistente
a la corrosión; es extremadamente duro, frágil,
de color estañado, con un punto de fusión más
alto que el del platino. Es soluble en agua regia
únicamente cuando está altamente aleado con
platino.
ORO:
El oro es un metal extremadamente blando y
dúctil que soporta muy poco trabajo de
RUTENIO:
El rutenio es muy duro y frágil y tiene un brillo
gris argentino. Su tetróxido es muy volátil y
endurecimiento por deformación. El oro puro
es demasiado blando y pesado para grandes
piezas autoestables y se emplea principalmente
para revestimientos y deposiciones
electrolíticas. Su punto de fusión de 1945°F se
ha adoptado como un punto de referencia fijado
en la escala internacional de temperaturas, ya
que es fácilmente reproducible y no se afecta
por la formación de ningún óxido.
completamente (calentada justo por encima de
los 400°F) pero el trabajo la endurece
apreciablemente durante el proceso de
fabricación. La resistencia a la corrosión de la
plata es similar a la del oro. Se disuelve
fácilmente en soluciones oxidantes y ácidas,
pero no es atacada por ácidos reductores, tales
como los ácidos clorhídrico, acético y
fosfórico. No es atacada por las soluciones
alcalinas y por esta razón se utiliza para
contener soda y potasa cáustica en todas las
proporciones.
PLATA:
La plata es el menos Costoso dc los metales
preciosos. Es muy blanda cuando se recuece
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