Materia completa - Liceo Industrial "Agustín Edwards Ross"

Liceo Industrial San Miguel
Agustín Edwards Ross
Departamento Mecánica Industrial
Materiales
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el
comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el
hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de
materiales, estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. Los más
comúnmente encontrados son madera, hormigón, ladrillo, acero, plástico, vidrio,
caucho, aluminio, cobre y papel. Existen muchos mas tipos de materiales y uno solo
tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello.
Clasificación de los materiales
La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:
a. Metálicos
- Ferrosos
- No ferrosos
b. No metálicos
- Orgánicos
- Inorgánicos
Metales Ferrosos:
Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el hierro, sus
principales características son su gran resistencia a la tracción y dureza. Las principales
aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.
Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:
-Fundición de hierro
-Aceros
- Aceros inoxidables
Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1541ºC y uno de sus principales
problemas es la corrosión.
Metales no Ferrosos:
Por lo regular tienen menor resistencia a la tracción y dureza que los metales ferrosos, sin
embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los
materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de
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extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo
que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años.
Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son:
Aluminio - Plomo - Titanio - Zinc - Cobre - Magnesio - Níquel
Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios
de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que
por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones
de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).
Materiales no Metálicos:
a. Materiales de origen orgánico
b. Materiales de origen inorgánico
Materiales orgánicos:
Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales
pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros,
no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes
de este grupo son:
Plásticos - Productos del petróleo - Madera - Papel - Hule - Piel
Materiales de origen inorgánico:
Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el
carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que
las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la
manufactura son:
- Los minerales
- El cemento
- La cerámica
- El vidrio
El grafito (carbón mineral)
Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se
encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser
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sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en tareas
específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales muy
elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos
prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto
que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y
perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los materiales y los artículos
que integraran.
Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales originales
en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su
mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la ingeniería la transformación
de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los
casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de un material.
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CLASES DE MATERIALES:
NATURALES
1.
Metálicos
Ferrosos
Fundiciones
Aceros
Al carbono
Aleados
Inoxidable
s
Cobre
Aluminio
Latón
Bronce
No Ferrosos
No metálicos
Gris
Nodular
Blanca
Maleable
Maderas
Pino
Mañio
Eucalipto
Alerce
Etc
Cerámicas
Vidrio
Porcelana
Ladrillo
Hormigón
MATERIALES
2.
SINTÉTICOS O
ARTIFICIALES
Polímeros
Caucho
Baquelita
Teflón
PVC
Etc.
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Materiales Naturales:
Son aquellos que se encuentran en la naturaleza. Constituyen los materiales básicos a partir
de los cuales se fabrica el resto de los productos. Así tenemos la madera, lana, lana, arcilla,
carbón, hierro, cobre, gas natural, petróleo}, etc.
A menudo se les suele llamar Recursos Naturales o materia prima. Muchos de estos
recursos son renovables; esto quiere decir que si su utilización es controlada, no existe
peligro de que se agoten; así podemos citar el algodón y la madera.
Por el contrario, existe otro tipo de materiales naturales denominados no renovables, tales
como el petróleo, carbón y metales; que a la naturaleza le llevó millones de años
obtenerlos, por lo que están disponibles en cantidades limitadas.
A través de los años, el hombre aprendió y mejoró las técnicas de localización de estos
minerales, pero inevitablemente algún día se acabarán. Por tanto es muy importante que
sean utilizados productos renovables como prioridad y cuando no sea posible, emplear los
no renovables con responsabilidad.
Caucho Plantaciones de caucho
El caucho natural se obtiene del árbol por medio de un tratamiento sistemático de
"sangrado", que consiste en hacer un corte en forma de ángulo a través de la corteza . Una
pequeña vasija colgada en el tronco del árbol recoge el látex, jugo lechoso que fluye
lentamente de la herida del árbol.
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Hoy en día el caucho es una de las materias primas más importantes del mundo.
Charles Goodyear descubrió por casualidad el vulcanizado.
Materiales Sintéticos o Artificiales.
Estos materiales creados por el hombre, son el resultado de reacciones químicas planeadas.
Estos cambios transforman los materiales naturales (tales como el petróleo) en productos
totalmente nuevos, como plásticos u otro tipo de derivados.
La demanda social de materiales con propiedades más exigentes, ha conducido a los
investigadores a producir materiales nunca vistos que se adaptan mejor a las exigencias de
la industria actual.
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CLASIFICACIÓN DEL ACERO SEGÚN SAE
Como la microestructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella esta
determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más
generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición
química.
Todos los países y muchas instituciones tienen sistemas para clasificar los aceros.
Entraremos a detallar un poco el sistema S.A.E - A.I.S.I de clasificación de aceros.
En 1912, la Sociedad Norteamericana de Ingenieros Automotores (Society of Automotive
Engineers SAE) promovió una reunión de productores y consumidores de aceros, para
establecer una nomenclatura y composición de los aceros. Más tarde, el Instituto
Norteamericano del Hierro y el Acero, A.I.S.I, tomó la nomenclatura de la S.A.E. y la
expandió.
CLASIFICACIÓN SAE DE ACEROS
La inmensa variedad de aceros que pueden obtenerse por los distintos porcentajes
de carbono y sus aleaciones con elementos como el cromo, níquel, molibdeno, vanadio,
etc., ha provocado la necesidad de clasificar mediante nomenclaturas especiales, que
difieren según la norma o casa que los produce para facilitar su conocimiento y
designación.La SAE emplea, a tal fin, números compuestos de cuatro o cinco cifras, según los
casos, cuyo ordenamiento caracteriza o individualiza un determinado acero.El significado de dicho ordenamiento es el siguiente:
Primera cifra 1 caracteriza a los aceros al carbono
Primera cifra 2 caracteriza a los aceros al níquel
Primera cifra 3 caracteriza a los aceros al cromo-níquel
Primera cifra 4 caracteriza a los aceros al molibdeno
Primera cifra 5 caracteriza a los aceros al cromo
Primera cifra 6 caracteriza a los aceros al cromo-vanadio
Primera cifra 7 caracteriza a los aceros al tungsteno
Primera cifra 9 caracteriza a los aceros al silicio-manganeso
Nota : Se subrayan los elementos predominantes en la aleación.
Para aceros al manganeso la característica resulta: 13xx
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En los aceros simples (un solo elemento predominante), las dos últimas cifras
establecen el porcentaje medio aproximado de C en centésimo del 1%, cuando el tenor
del mismo no alcanza al 1%.- Por último, la cifra intermedia indica el porcentaje o, en
forma convencional, el contenido preponderante de la aleación, tal el caso de los aceros al
Cr-Ni, en los que la segunda cifra corresponde al % de Ni .Mediante el número SAE, los aceros al carbono, de hasta 1% de C, pueden ser
fácilmente identificados.
Ej.-
1.-
Primera cifra
Segunda cifra
Ultimas cifras
3
2
10
2.Primera cifra
Segunda cifra
Ultimas cifras
SAE 3210 indica:



acero al cromo – níquel (inoxidable)
2% de níquel.
0,10% de carbono.
SAE 1025 indica:
1
0
25



acero al carbono
ningún otro elemento de aleación predominante
0,25% de carbono.
La composición química porcentual de los aceros que corresponden a esta designación es:
C = 0,22-0,28 %; Mn = 0,30-0,60 %; S = 0,05 % máx.; P = 0,04 % máx.
Donde puede observarse que el manganeso (Mn), azufre (S) y el fósforo (P) no
son considerados como factores capaces de dotar a la aleación de propiedades especiales,
por no alcanzar el porcentaje mínimo de 1,5 %, 0,08 % y 0,1 %, respectivamente,
requerido para ello.Para ampliar la gama de aceros posibles de clasificar, la SAE los determina, en
algunos casos, con cinco cifras, de manera que la segunda y la tercera indiquen el por
ciento del elemento preponderante; así por ejemplo: el acero SAE 71660 resulta al
tungsteno con 16 % de W (15 al 18 %) y 0,60 % de C (0,50 al 0,70 %).Aclaramos que, si bien la primera cifra (elemento que le da su nombre a la aleación
de acero) y las dos últimas (tenor de carbono) cumplen casi rigurosamente con lo
indicado precedentemente, no ocurre lo mismo con la intermedia (segunda y tercera si son
cinco), debido a que por necesidad o conveniencia se las elige, algunas veces, en forma
arbitraria y de manera que el número completo defina perfectamente a un tipo de acero.En la clasificación SAE se han determinado a los metales de mayor uso en
automotores; es por ello que los aceros al carbono sólo tienen designación convencional
para aquellos de hasta 1 % y los cuaternarios (Cr-Ni, Cr-Mo, etc.) y complejos (Cr-Ni-
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Mo, etc.) no responden en sus números, a los vistos, como se verifica en la tabla y
ejemplos siguientes.
CLASIFICACIÓN SAE
Al Carbono
Comunes o no aleados
Corte rápido
Manganeso
1,75 % Mn
Níquel
3,5 % Ni
5 % Ni
10xx
11xx
13xx
23xx
25xx
Cromo-Níquel
31xx
1,25 % Ni; 0,65-0,80 %
Cr
3,5 % Ni; 1,55 % Cr
Resistentes al calor y a
la corrosión
Molibdeno
0,25 % Mo
Cromo-Molibdeno
0,5-0,95 % Cr; 0,200,25 % Mo
Níquel-Molibdeno
1,55-1,8 % Ni; 0,2-0,25
% Mo
3,5 % Ni; 0,25 % Mo
Níquel-Cromo-Molibdeno 1,8 % Ni; 0,5-0,8 % Cr;
0,25 %Mo
0,55 % Ni; 0,5 % Cr;
0,2 %Mo
0,55 % Ni; 0,5 % Cr;
0,25 %Mo
3,25 % Ni; 1,2 % Cr;
0,12 %Mo
0,45 % Ni; 0,4 % Cr;
0,12 %Mo
0,55 % Ni; 0,17 % Cr;
0,2 %Mo
1 % Ni; 0,8 % Cr; 0,25
%Mo
Cromo
Bajo Cr: 0,27 y 0,65 %
Cr
Bajo Cr: 0,8; 0,95 ó
1,05 % Cr
Bajo Cr: 0,5 % Cr
33xx
303xx
40xx
41xx
46xx
48xx
43xx
86xx
87xx
93xx
94xx
97xx
98xx
50xx
51xx
501xx
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ACEROS AL CARBONO PARA CEMENTACION
Utilizados para la fabricación de bulones, ejes, cadenas, bujes, remaches, tuercas,
tornillos racores, eslabones para cadenas, pasadores, y en general en elementos de
ingeniería que requieran gran tenacidad conjuntamente con una baja resistencia
mecánica.
Los aceros distribuidos por C.G.A. son S.A.E. / A.I.S.I. 1010, 1016, 1020
ACEROS AL CARBONO PARA TEMPLE Y REVENIDO
Utilizado para la fabricación de palancas para frenos, cigüeñales, herramientas
agrícolas, productos estampados y forjados de la industria automotriz, y en general
en piezas de ingeniería que requieran dureza y tenacidad.
Los aceros distribuidos por C.G.A. son S.A.E. / A.I.S.I. 1035, 1040, 1045.
ACEROS AL CARBONO DE ALTO MANGANESO
Son aceros usados en la fabricación de piñones, bujes, casquillos, partes para la
industria petrolera, acoples, ejes de transmisión.
El acero distribuido por C.G.A. son S.A.E. / A.I.S.I. 1518
ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACION
Son usados en la fabricación de engranajes, ejes de leva, cigüeñales, tornillos sinfín,
cuerpos de válvulas.
Los aceros distribuidos por C.G.A. son S.A.E. / A.I.S.I. 8620, 8615
ACEROS ALEADOS PARA TEMPLE Y REVENIDO
Usados en la fabricación de ejes reductores, engranajes, transmisión, espárragos,
bielas, cinceles, tijeras, rotores de turbinas, y en general piezas que requieran alta
resistencia mecánica.
Los aceros distribuidos por C.G.A. son S.A.E. / A.I.S.I. 4140, 4340, 5160
ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS
Usados para la elaboración de tanques de la industria lechera y cervecera, equipos
para la industria de alimentos, tanques para almacenamiento de vinos, equipos para
procesos de pulpa de papel, intercambiadores de calor, equipos de tintorería.
Los aceros distribuidos por C.G.A. son S.A.E. / A.I.S.I. 316, 304
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ACEROS INOXIDABLES MARTENSITICOS
Usados para la fabricación de aparatos domésticos, grifería, transportadores,
cubiertos.
El acero distribuido por C.G.A. es el S.A.E. / A.I.S.I. 420
ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS
Usados en la fabricación de utensilios de cocina, bocelaría en la industria
automotriz, y en general partes decorativas.
El acero distribuido por C.G.A. es el S.A.E. / A.I.S.I. 430
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FUNDICIONES
LAS ALEACIONES CON CONTENIDOS DE CARBONO COMPRENDIDOS ENTRE
UN 0.008% A UN 1.7% DE CARBONO TIENEN CARACTERÍSTICAS BIEN
DEFINIDAS Y SE DENOMINAN ACEROS.
LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO CUYOS CONTENIDOS DE CARBONO
VARÍAN ENTRE 1.7 Y 6.67% DE CARBONO RECIBEN EL NOMBRE DE
FUNDICIONES (6.67% COMO MÁXIMO TEÓRICO, PRÁCTICO 5% DE CARBONO)
Aceros
0.008%
1.7%
Fundiciones
5%
6.67%
El carbono se encuentra entre un 1.7 a 5% de carbono que debido a sus propiedades, son
aptos para la producción de fundición en moldes. También es denominado hierro colado o
fundición de segunda fusión.
En general todas las fundiciones se caracterizan porque adquieren su forma definitiva
directamente por colada, no están sometidos a deformación por desprendimiento de viruta,
pues no son ni dúctiles, ni maleables, aunque mejorando su tenacidad existen excepciones.
Los porcentajes de carbono varían según la aplicación a que será destinada y puede
encontrarse libre en grafito o formando carburos.
Alguna de las fundiciones más comunes son:
Fundición Gris
Se caracteriza porque parte del carbono se encuentra disuelto en el hierro y el resto en
grafito.
El grafito es el constituyente más importante en la fundición gris su cantidad y su forma de
distribución regulan las propiedades del hierro colado gris.
Las láminas de grafito se interponen entre los cristales de hierro debilitando las resistencias
mecánicas de la fundición gris, por este motivo este tipo de fundición no es resistente a
esfuerzos de tracción y choques, no posee tenacidad y es difícil de soldar. Las láminas
grandes de grafito originan piezas débiles mientras más decrece el tamaño de las laminas de
grafito resultan piezas de mayor resistencia.
La fundición gris es resistente al desgaste por roce y una elevada resistencia a la
compresión.
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El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez
para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.
Microestructura del hierro gris ( ferrita y perlita)
El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas,
herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de
vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.
F: ferrita; P: perlita; G: grafito; B: bainita
Fundición blanca
Se caracteriza por tener todo el carbono disuelto en el hierro en forma de cementita por lo
que este tipo de fundición es muy dura y frágil. No es mecanizable y se utiliza para la
fabricación de piezas de grandes tamaños como trituradores, molinos, mandíbulas de
chancadoras de mineral.
La fundición blanca se obtiene por adición de manganeso y enfriamiento rápido, de esta
forma se consigue que en la estructura se formen los carburos de hierro. Esta fundición a
parte ser muy dura tiene mayor resistencia mecánica y mayor resistencia al desgaste.
La fundición blanca se utiliza en cuerpos moledores por su gran resistencia al desgaste, el
enfriamiento rápido evita la grafitización de la cementita pero si se calienta de nuevo la
pieza colada a una temperatura de 870°C el grafito se forma lentamente adoptando una
forma característica conocida como carbono de revenido, resultando la fundición maleable.
La matriz de la fundición puede ser ferrítica o perlítica si la aleación se enfría más
rápidamente a partir de los 723°C al final del tratamiento de maleabilización. Las
fundiciones maleables se utilizan en la fabricación de partes de maquinaria agrícola,
industrial y de transporte.
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Fundición Maleable:
Se obtiene sometiendo a la fundición blanca a un proceso de recocido a altas temperaturas
por largo tiempo en horno eléctrico.
El término maleable aplicado a la fundición no puede comparase con el grado de
maleabilidad de otros materiales en este caso solo significa que tiene una mayor tenacidad y
por ende es más fácil de mecanizar, además posee una mayor resistencia al choque.
El recocido de la fundición blanca consiste en someter las piezas a temperaturas entre 843°
a 871°C, estas se ubican ordenadamente en camas de ladrillo refractario para que no se
deformen, luego comienza un calentamiento muy lento hasta llegar a la temperatura
especificada, esa etapa puede durar entre 12 a 48 hrs. dependiendo de la complejidad de la
pieza, después que se alcanza la temperatura se mantienen las piezas a este por un período
similar. Finalmente se procede al enfriamiento con una velocidad entre 3 a 4 grados por
hora hasta llegar a la temperatura de manipulación. El enfriamiento debe realizarse en el
mismo medio de calentamiento.
Con el tratamiento térmico la estructura cementitica de la fundición blanca se transforma en
una estructura en que una parte del carbono se queda con el hierro y la otra queda en
carbono nodular.
Microestructua de la fundición maleable ferrítica
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Fundición Nodular
La estructura de esta fundición es similar a la de la fundición blanca maleable es decir una
parte del carbono se en los distintos constituyentes y la otra en grafito esferoidal o nodular
por lo tanto las propiedades mecánicas prevalecientes son las mismas que en la fundición
maleable.
La diferencia fundamental radica en la obtención ya que para la obtención de la fundición
nodular el carbono debe ingresarse en estado de nódulo.
Las fundiciones nodulares perlíticas presentan mayor resistencia pero menor ductilidad y
maquinabilidad que las fundiciones nodulares ferríticas.
Cada día se están sustituyendo muchos elementos de máquinas que tradicionalmente eran
de fundición gris o acero por fundición nodular.
Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:
- Son más fáciles de maquinar que los aceros.
- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.
- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.
- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes.
- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.
Fundiciones Especiales
Son fundiciones a las cuales se les agrega un elemento específico que permita aumentar la
resistencia mecánica, la tenacidad y la resistencia a la deformación.
Efectos de los elementos de aleación en la fundición.
Níquel: Ordena el grafito, pero es menos eficaz. El Níquel en su mayor porcentaje permite
la transformación de la cementita en perlita, mejorando la tenacidad. El porcentaje puede
variar entre 0,25 a 5%.
Cromo: Forma carburos, los cuales son más estables. Que el carburo de hierro. Si se
combina el cromo y el níquel conformamos una fundición perlítica más estable.
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Molibdeno: Este elemento mejora la dureza, la resistencia mecánica, la resistencia el
choque y la resistencia a la fatiga, sobre todo a altas temperaturas.
Cobre: Aumenta la resistencia a la tracción, la resistencia al desgaste y a la corrosión.
Al encontrarse el carbono en forma esferoidal, la continuidad de la matriz se interrumpe
mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar; esto da lugar a una resistencia a
la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se
diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto
de fusión sin necesidad de tratamiento térmico posterior. Además los nódulos (fig. 1)
presentan una forma más esférica que los aglomerados de grafito, más o menos irregulares,
que aparecen en la fundición maleable.
El contenido total en carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las
partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación, debido a la presencia
de pequeñas cantidades de alguno elemento de aleación formadores de nódulos,
normalmente magnesio y cerio, los cuales se adicionan al caldero inmediatamente antes de
pasar el metal a los moldes.
La cantidad de ferrita presente en la matriz en bruto de colada depende de la composición y
de la velocidad de enfriamiento. Las fundiciones ferríticas (fig. 2) son las que proporcionan
la máxima ductilidad, tenacidad y maquinabilidad.
PLASTICOS
Son grupo de materiales sintéticos cuya materia prima se obtiene por proceso
químico, están compuestos principalmente por carbono y se llaman compuestos
orgánicos.
Los plásticos son conjuntos de moléculas grandes o macromoléculas llamadas
polímeros que se forman por la unión de otras moléculas más pequeñas llamadas
manómeros.
Constitución de los plásticos
Materia Básica: Puede ser celulosa, caseína, resina, poliuretano, etc. Cada uno de
ellos se obtienen haciendo reaccionar uno o dos elementos determinados.
Catalizadores: tienen por finalidad acelerar la reacción química.
Cargas: Se añaden a la materia básica con el objeto de abaratar el producto obtenido
o mejorar sus propiedades físicas, químicas o mecánicas. Estos elementos pueden ser:
fibras textiles, papel, silices etc.
Colorantes: Se añaden con el objeto de dar color al plástico.
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Clasificación de los Plásticos
NATURALES
Celulosa
Celuloide
Cellón
Celofán
Caseína
Galatita
Natural
Goma blanda
Goma dura (ebonita)
Goma esponjosa
Sintético
Buna
Perbunan
Caucho
Termoestable
SINTÉTICO
Termoplásticos
Resinas fenólicas (Baquelita)
Resinas úricas
Resinas melamínicas
Resinas de poliester
Resinas de epóxido
Poliuretano
Polivinilicos
Poliestireno
Polietileno
Policarbonatos
Poliamidas
Polimetacrilatos
Fluorocarburos
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PLÁSTICOS NATURALES
A.- Derivados de la celulosa:
Celuloide: Se caracteriza por su alta inflamabilidad. Al cabo de 4 a 5 años se hace
frágil y quebradiza. Se utiliza fundamentalmente en la fabricación de pelotas de pingpong, plastificado de papeles, rodillos, etc.)
Cellón: Menos inflamable que el celuloide, pero arde sin llama. Se utiliza para
incorporarlo como capa intermedia en la fabricación de vidrios, barnices, monturas
de gafas.
Celofán: Es transparente y se utiliza para el empaquetado de productos.
C.- Caucho:
C.-1 Caucho Natural: Jugo lechoso, denominado látex, extraído desde la corteza de los
arboles tropicales llamados Hevea. El látex se coagula rápidamente y pierde sus
propiedades elásticas para lo cual se aplica ácido fórmico, de esta se obtiene el
material llamado caucho crudo. Este tipo de caucho bajo los 0°C se vuelve quebradizo
y sobre los 25°C es pegajoso por esta razón se vulcaniza para ser utilizado.
Goma blanda: Caucho natural + 30% azufre es menos dilatable y mas elástica. Se
utiliza en la fabricación de elásticos en general.
Goma dura: Caucho más 50% Azufre. Se denomina ebonita y por el contenido de
azufre obtiene tal dureza y tenacidad que puede mecanizarse. Se emplea para la
fabricación de manivelas, volantes de dirección, baterías eléctricas.
Goma esponjosa Caucho agitado con azufre en polvo, vulcanizado elevando la
temperatura y la presión. Se emplea en la fabricación de colchones, almohadas,
esponjas de baño, etc.
C.-2 Caucho Sintético
Se obtiene por derivados del petróleo, alcanza la misma impermeabilidad y
plasticidad del caucho natural.
Buna: Polímero de butadieno (hidrocarburo+sodio)
Perbunan: Polímero de butadieno + acrinitilo. Este material es resistente al ataque de
los aceites y la bencina. Se emplea para la fabricación de juntas elásticas.
El caucho sintético se puede vulcanizar al igual que el natural y alcanza costos
menores por lo cual a desplazado al natural. El caucho sintético se emplea para la
fabricación mangueras de agua, neumáticos, juntas radiales, etc.
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PLÁSTICOS SINTÉTICOS
Proceden de productos manufacturados por el hombre, han sustituido en un alto
porcentajes a los provenientes de materia primas naturales.
1.-Termoestables
Son aquellos que una vez moldeados por el calor, no pueden modificar su forma. Son
duros, frágiles y se mantienen rígidos y sólidos a temperaturas elevadas. No son aptos para
soldadura y los deshechos no son recicables.
A.1- Resina Fenólica:
Se obtiene fenol derivado del petróleo y formaldehído. Este tipo de plástico no es adecuado
para la fabricación de envase para alimentos por el mal olor que expele desde el fenol. Su
utilización es acompañada de otros materiales utilizados como carga.
A1.1.- Resina fenólicas con carga prensada: Las cargas de relleno pueden ser polvo
mineral, aserrín, fibras textiles, resortes de tejido, etc.
Este tipo de plástico es muy dieléctrico, comercialmente se conoce como Baquelita, Durita,
Trolitrán ,etc.
Se utiliza en la fabricación de interruptores eléctricos, aparatos de teléfono, carcasa de
motores. etc.
A1.2.-Resinas fenólicas con carga distribuida en capa: Las capas pueden ser de papel,
chapas de madera, bandas de tejidos, etc, estas se empapan de resina fenólicas,
obteniéndose un material altamente resistente a los golpes y choques y de gran
resistencia a la compresión, siempre y cuando se apliquen fuerzas normales a la
orientación de las láminas o capas.
Este producto se utiliza en la fabricación de martillos, mazas, engranajes silenciosos,
casquillos de cojinetes, aislantes, etc.
Conocido comercialmente como Durocotón, Celotex, etc.
B.- Resinas úricas: Se obtiene de la urea sintética procedente del nitrógeno del aire y del
formaldehído. Esta resina es insensible a la luz, por lo que se puede emplear para obtener
piezas de colores blancos y claros. No tiene olor ni sabor, por lo cual es ideal para el
envasado de alimentos.
También se les ingresa carga para mejorar sus propiedades.
Es utilizada en la fabricación de artículos eléctricos, material espumoso para aislamiento
térmico y acústico.
Comercialmente se conoce como Formica, Resopal y Palopas.
C.- Resinas melamínicas: Se obtienen con melamina (carburo de calcio) y formaldehído.
Sus características y aplicaciones son similares a las de las resinas úricas. No tienen olor, ni
sabor. Se emplea para la fabricación de envases para alimentos, diapositivas,
transparencias.
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Comercialmente se conoce como: Novoplas, Ultrapas.
D.- Resinas de Poliester: Se obtienen de los derivados del alquitrán de hulla y del estirol.
Estas resinas son incoloras y transparentes, pero se pueden colorear a gusto. Puede resistir
temperaturas entre 100° y 200°C sin deteriorarse.
Se emplea en recubrimientos de fibra de vidrio, placas transparentes para cubiertas.
Comercialmente se conoce como: Tronex, Lamilux, Spimalit y Filón.
E.- Resinas Epóxicas: Se obtienen por la unión del acetileno y fenol. En estado líquido es
venenosa y sus vapores irritan la piel, en estado sólidos no tienen ni olor, ni sabor.
Resisten muy bien los ácidos y temperaturas entre 120° y150°C. Son muy fáciles de
mecanizar, poseen buenas resistencia mecánicas y resistencia al desgaste. Buenas
propiedades dieléctricas. Se adhieren fácilmente a los metales, por lo cual constituyen un
buen pegamento para estos.
Su utilización es diversa por ejemplo disueltas en acetonas, dan origen a lacas y barnices,
solas son utilizadas como recubrimientos de conductores eléctricos.
F.- Poliuretano : Se obtienen por la poliadición de un poliester denominado desmofén y un
derivado del benzol. De acuerdo al contenido de cada uno de ellos en la aleación se
determinan las propiedades y características, por esta razón su utilización es diversa:
Materiales esponjosos y elásticos: Esponjas, rellenos de almohadas y colchones, goma
espuma, etc.
Materiales espumosos duros: aislantes para el calor y ruido, inyectables en paredes o
rígidos.
Materiales macizos con elásticidad: juntas de gomas elásticas, correas trapezoidales,
gomas de fricción.
Pegamentos: Para uniones de piezas metálicas, son resistentes y duraderas.
Barnices: de gran dureza vítrea.
2.- Termoplásticos:
Son aquellos que al ser calentados a determinadas temperaturas (entre 50 y 200°C) vuelven
a un estado de plasticidad que les permite ser moldeados. Son plásticos muy flexibles y
resistentes a los golpes.
Los termoplásticos tienen la capacidad de reblandecerse y fundirse puede
termoconformarse o premoldearse por calor. Pueden soldarse, doblarse y sus deshechos
son recicables.
Su gran desventaja radica en la poca resistencia mecánica que ofrece en cuanto aumenta la
temperatura, por ello se suelen emplear preferentemente en aquellas aplicaciones en que la
temperatura existente es la del ambiente.
Entre los plásticos termoplásticos podemos nombrar:
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A.- Polivinílicos
Se obtienen por polimerización del acetileno y el ácido clorhídrico. El más importante de
los polivinílicos es el Cloruro de polivinilo (PVC).
El PVC es un material duro, pero mediante adiciones se ablanda hasta dejarlo plástico
como el cuero. Resiste muy bien el ataque de ácidos y gasolina.
Aplicaciones:
PVC Duro: Tuberías, conducciones de agua residuales, carcasas de bombas, válvulas
y llaves de paso
PVC Blando: Zapatillas, guantes, impermeables, etc.
B.- Poliestireno
Se obtiene del estirol (derivado del petróleo) y del benzol. Son transparentes y se pueden
colorear. Si se encuentra en estado duro es frágil, si se encuentra expandido es rígido, tiene
una buena tenacidad, gran resistencia a los hongos y bacterias, posee densidad baja y no
tiene efectos tóxicos.
Aplicaciones
Poliestireno Duro: Films, embalaje, envoltorios de bandejas, etc.
Poliestireno Expandidio: envasado y embalaje de productos delicados y como
aislante del calor y del ruido.
C.- Polietileno
Se obtiene directamente del petróleo. Está compuesto de carbono e hidrógeno y al
quemarse se combina con el aire formando agua y dióxido de carbono, elementos naturales
en el medio ambiente. A esa misma familia pertenecen los polipropilenos.
Resisten bien los ácidos y los disolventes, pero son atacados por las acetonas y éteres. Son
muy buenos aislantes transparentes y ligeros. En estado duro soporta temperaturas entre –
200°C y 100°C.
Aplicaciones:
Polietileno Duro: Grifos, válvulas, bidones, cantimploras, botellas, jeringas,
mascarillas de oxígeno, etc.
Polietileno Blando: Sacos, bolsas, vasos, etc.
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D.- Policarbonatos
Se obtienen a partir del ácido carbónico. Poseen gran resistencia a los impactos, lo mismo
que el calor hasta los 100°C, como también a la abrasión o rozamiento.
Tiene buenas propiedades ópticas por esta razón son comparables con el cristal.
Pueden ser mecanizado al igual que los metales.
Aplicaciones:
Policarbonato: Placas de circuito eléctrico, condensadores, ventiladores, hélices de
barco, cristales de aviones o máquinas, etc.
E.- Poliamidas
Se fabrican a partir del fenol. Es conocida comercialmente como Nylon. Son muy
resistentes al desgaste por roce, no se deforman hasta los 100°C. Resistentes la fatiga, al
impacto. Además resisten muy bien el agua caliente y los detergentes.
Aplicaciones:
Poliamidas: Envasado de alimentos, cinturones de seguridad, secadores de pelo,
correas de transmisión, etc.
F.- Polimetacrilatos
Se obtienen a partir del gas natural, aire comprimido y acetona. Conocido también cono
resinas acrílicas. Las maneras comerciales de suministro son de forma de polvo, planchas,
paneles, tubos y barras.
No se decoloran, son muy resistentes, especialmente a los golpes, posee buenas
propiedades ópticas, permite el paso de la luz en 92%. Resisten bien los agentes químicos
Aplicaciones:
Cristales de aviones, mobiliario, lámparas, accesorios para el baño, etc
G.- Flurocarbonos
Se obtienen a partir del acetileno, Poseen gran resistencia al calor y a los agentes químicos.
Posee propiedades mecánicas aceptables, las cuales pueden ser mejoradas con cargas
inorgánicas.
Dentro de este grupo se encuentran los Politetrafluoretileno y los Policlorotrifluoretileno.
Politetrafluoretileno: conocido comercialmente como teflón, es el que posee mayor
resistencia química, su superficie tiene carácter de deslizante. Es tenaz y flexible.
Aplicaciones: Policlorotrifluoretileno. prótesis de tendones, válvulas coronarias.
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Policlorotrifluoretileno. Es más rígido y tenaz que el teflón y menos resistente a
los químicos.
Aplicaciones: Casquillos de lubricación, membranas para válvulas y bombas,
aislamiento de conductores eléctricos, recubrimientos para evitar oxidación.
Nota:
A continuación tabla de comportamiento de los plásticos frente a la llama.
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Símbolo
(según DIN)
Componentes
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Propiedades
PVC Duro
Cloruro de polivinilo
PVC Blando
Cloruro de polivinilo
PE Duro
Polietileno
PE Blando
Polietileno
PP
Polipropileno
PS
Poliestireno
EPS
Polietireno espumado
PC
Policarbonato
PA
Poliamida
(nylon)
Estabilidad frente a
Otras propiedades
temperatura
Rt = 30 a 50 N/mm2 Estable hasta 60°C Duro y tenaz
d = 1,38 g/cm3
Rt = 10 a 14 N/mm2 Estable hasta 60°C Blando como la goma
d = 1,2 g/cm3
Rt = 25 N/mm2
Estable hasta 100°C Rígido,irrompible
d = 0,94 g/cm3
Resiste ácidos
Rt = 10 N/mm2
Estable hasta 80°C Blando, flexible
d = 0,92 g/cm3
Rt = 10 N/mm2
Estable hasta 130°C Duro, irrompible
d = 0,89 g/cm3
Bajo 0°C se quiebra
Rt = 50 a 75 N/mm2 Estable hasta 80°C Transparente, sensible
d = 1,2 g/cm3
a los golpes.
Resiste ácidos
No resiste gasolinas
d = 0,02 g/cm3
Estable hasta 80°C Buenas propiedades
isotérmicas
Rt = 65 N/mm2
Estable hasta 165°C Transparente, resistente
d = 1,2 g/cm3
a los golpes.
Resiste ácidos
Rt = 60 a 80 N/mm2 Estable hasta 100°C Resistente al desgaste
d = 2,2 g/cm3
PTFE
Politetrafluoretileno
(teflón)
Rt = 15 a 35 N/mm2
d = 2,2 g/cm3
PMMA
Polimetacrilato
(acrilico)
Rt = 55 N/mm2
d = 1,8 g/cm3
Comportamiento
en presencia de llama
Carboniza,hollín intenso
no gotea, mucho olor
Carboniza,hollín intenso
no gotea, mucho olor
Fundible, sin hollín
llama azulada
Fundible, sin hollín
llama azulada
Fundible, sin hollín
gotea
Inflamable, mucho hollín
Humos con olor
Inflamable, mucho hollín
Humos con olor
Carboniza, no gotea
burbuja con hollín
autoextinguible
Llama azulada, gotea
humo con olor
Estable entre -90°C y Blando, flexible y tenaz
No arde
260°C
Resiste productos químicos
Porpiedades de deslizamiento
Estable hasta 90°C Transparente, no astillable Cruje, humo con olor
Ap
Tuberías, per
Mecanizable
Mangueras, e
Recipinetes,
de agua, bote
Botellas
Carcasas, pie
Automóviles
Cajas, juguet
eléctricos, in
Dibujo
Aislante térm
Láminas, apa
Mecanizable
Elementos de
Tornillos, rue
Cascos prote
Válvulas, rev
Aislantes elé
Cristales de s
tejados, gafa
Mecanizable
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UP
GFK
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Resina Poliester
Rt = 15 N/mm2
Estable hasta 100°C Duro, elástico,incoloro
No se funde, humo con olor Adhesivo pa
d = 1,2 g/cm3
llama brillante
Resina poliester o epoxica Rt = 400 a 500 N/mm2
Duro y resistente a los golpes
Construcción
con fibra de vidrio
d = 1,6 g/cm3
moldes, piez
Mecanizable
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METODOS DE OBTENCIÓN DE PRODUCTOS PLASTICOS
La fabricación de productos plásticos se realiza por lo general sin arranque de viruta.
El proceso se lleva a cabo partiendo de la materia prima que puede ser plástico
elaborado químicamente o bien plástico reciclado, cualquiera de ellos se hacen pasar
por molinos que lo convierten en gránulos o polvo, los cuales son llevados a molde
de donde sale el producto terminado.
Los métodos de fabricación son :
Prensado
Inyección
Termoconformado
Extrusión - Soplado
Prensado
Se aplica a materiales termoplásticos. El material pulverizado al cual se le ha
adicionado un tipo de carga, se introduce en la parte inferior del molde, luego se
prensa y se al mismo tiempo se le aplica calor hasta que se vuelva plástico para que
así llene las zonas más complejas del molde. Una vez que se enfría la pieza se extrae
del molde.
Inyección
Se emplea sobre todo en los materiales termoplásticos.
La material prima se introduce sobre un recipiente en el que por efecto de la
temperatura adquiere gran plasticidad. Enseguida un émbolo comprime la masa y la
hace pasar al interior del molde a través de una o varias boquillas, luego al
endurecerse, se abre el molde y se obtiene el producto terminado.
Termoconformado
Se emplea para materiales termoplásticos.
Las piezas terminadas se fabrican a partir de planchas delgadas, pero rígidas
mediante deformación en caliente (termoconformado).
El proceso consiste en colocar la plancha sobre el molde, luego se calienta a la
temperatura requerida por el termoplástico, se deforma hasta que la plancha adopte
la forma del molde, posteriormente se aplica airea presión desde la parte inferior para
que el producto se pegue al molde, una vez enfriado el producto se procede a
retirarlo.
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Extrusión – Soplado :
Se aplica especialmente a los plásticos termoplásticos en cuyos productos existe un
vaciado interior.
El proceso consiste en:
1.- el material sale por un conducto es estado plástico por lo cual adquiere una forma
tubular.
2.- El material extruído se recoge entre las mitades de un molde de soplado, el tubo
se corta por debajo de la boquilla de extrusión.
3.- Al cerrar el molde queda presionado el tubo.
4.- Por la parte superior se comienza a insuflar aire caliente a presión, con lo que el
material se adapta alas paredes internas del molde, enfriándose al tomar contacto con
el metal del molde mismo el cual está siendo refrigerado automáticamente.
Introducción a la Química de los materiales cerámicos
¿Qué se entiende por material cerámico?
Una definición amplia de materiales cerámicos diría que son solidos inorgánicos no
metálicos producidos mediante tratamiento térmico.
Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables
Pueden utilizarse en ambientes con temperatura alta, corrosivos y tribológicos.
En dichos ambientes muchas cerámicas exhiben buenas propiedades electromagnéticas,
ópticas y mecánicas
Una característica fundamental del termino material incluye que puedan fabricarse en
formas con dimensiones determinadas
Constitución de los materiales cerámicos
Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas
Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, pelicula,
fibra, etc.
Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominandose
Monofásicos
Los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan
Policristalinos
Los monocristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única
Fase
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¿Qué elementos o combinación de elementos forman los materiales
cerámicos ?
En general los componentes de los materiales cerámicos, fase(s) cristalina(s) y/o
vítrea(s), están formados por elementos metálicos y no metálicos.
Los enlaces en las diferentes fases pueden tener desde naturaleza iónica a covalente
¿Qué propiedades tienen los materiales cerámicos ?
Las propiedades de los materiales cerámicos cubren un amplio intervalo de necesidades:
Propiedades mecánicas
Propiedades térmicas
Propiedades ópticas
Propiedades eléctricas
Propiedades magnéticas
Propiedades químicas
¿De qué dependen las propiedades de los materiales cerámicos?
Las propiedades de los materiales cerámicos vienen determinadas en cuatro niveles:
Átomico
Ordenación de átomos, cristalino o amorfo
Microestructura
Macroestructura
Tipos de materiales cerámicos
Podemos diferenciar entre dos grandes grupos de materiales cerámicos, los tradicionales
y los denominados cerámicas técnicas. Estos últimos tambien se conocen como
cerámicas ingenieriles, avanzadas o tecnológicas.
Productos usuales de la cerámica tradicional :
Cerámicas de mesa,
Pavimentos y revestimiento
Sanitarios
Refractarios
Porcelanas (aislantes, decorativas)
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¡Los materiales cerámicos son mucho más!
Los productos de cerámicas técnicas se utilizan para una amplia variedad de
tecnologias :
Aeroespacial : Materiales ligeros de alta resistencia mecánica y de alta temperatura para
motores, aviones, revestimientos de lanzadera espacial,...etc
Automatismo : Sensores, componentes de alta temperatura.
Biomedica : Huesos, dientes, materiales de implante.
Óptica/Fotónica : Fibras ópticas, amplificadores laser, lentes, ..etc
Electrónica : Condensadores, sustratos de circuito integrado, aislantes,..etc
Energía : Celdas de combustible sólidas, combustible nuclear
Características de la industria cerámica
Es una industria en la que se involucran miles de billones de euros
Entre sus características destacan :
Se utilizan en muchas otras industrias como elementos básicos
Industria del cemento, siderurgia
Constituyen partes de sistemas complejos
Núcleos magnéticos en memorias de ordenadores
Permiten nuevas tecnologías
Esquema general del procesado de los materiales cerámicos
Las etapas básicas en la fabricación de productos cerámicos son :
Mezclado y molturación de materias primas
Conformación
Moldeo
Secado
Cocción
En función del tipo específico de material cerámico fabricado se introducirán una o
varias etapas adicionales :
Montaje en piezas con formas complicadas.
Esmaltado en cerámicas decorativas o que requieran modificar ciertas propiedades
Cerámicas.
Lavado y molienda en materiales cerámicos pulverulentos, como los pigmentos
Cerámicos.
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Conformación
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Materiales cerámicos
Colaje
Extrusión (calibrado, torneado)
Prensado
Materiales vítreos
Colaje
Extrusión
soplado
Estirado
Prensado
Cocción
Reacciones químicas que den lugar a fases determinadas de interés
Procesos de sinterización (densificación, crecimiento de grano, disminución de
porosidad)
Palabras clave. Definición de conceptos
Cerámica : Productos obtenidos mediante la acción del calor.
Materiales cerámicos : Materiales sólidos inorgánicos no metálicos. Comparados con
los metales y plásticos son duros, no combustibles y no sufren oxidación. Están
constituidos por elementos metálicos y no metálicos.
Materiales metálicos : Materiales sólidos inorgánicos constituidos por elementos
metálicos. Son conductores del calor y la electricidad, presentan resistencias mecánicas
altas y son dúctiles y maleables.
Materiales polímeros : Materiales sólidos constituidos a partir de moléculas orgánicas
mediante un proceso denominado polimerización. Presentan baja resistencia mecánica,
baja conductividad eléctrica y térmica y no se pueden utilizar a alta temperatura.
Materiales compuestos : Materiales sólidos formados por dos o más tipos de
materiales, lo que resulta en sólidos con propiedades imposibles de obtener con un solo
tipo de material. Son ligeros, fuertes, rígidos y resistentes a temperaturas altas
Ductilidad :Capacidad de un material de experimentar una deformación plástica
apreciable antes de romper.
Fragilidad : Cuando en el proceso de fractura, es decir de separación de un cuerpo en
dos o más piezas en respuesta a una tensión aplicada estática, se da poca o ninguna
deformación plástica en el material antes de romperse.
Estructura atómica : Se refiere a la estructura a escala atómica del material. Es decir el
tipo de átomos, la naturaleza de su enlace y el modo en que los átomos están dispuestos
unos respecto de otros. La estructura atómica determina principalmente las propiedades
térmicas, eléctricas, magnéticas, ópticas y químicas.
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Estructura cristalina : Modo en que los átomos o iones están ordenados en el espacio
en los materiales cristalinos. Se define en términos de la geometría de la celdilla unidad
y de la posición de los átomos dentro de la celdilla.
Estructura vítrea o amorfa : Falta de ordenación de los átomos o iones, es decir que
tiene una estructura no cristalina.
Microestructura : Parte de la estructura que puede ser vista mediante un microscopio.
Se refiere a las características de grandes grupos de átomos enlazados entre si
constituyendo lo que se denomina una fase, es decir al tamaño, forma, distribución
relativa y contenido relativo de la diferentes fases cristalinas y/o vítreas que constituyen
el material. Aunque la microestructura afecta a las propiedades dependientes del nivel
atómico sobretodo determina las propiedades mecánicas.
Macroestructura : Aspecto macroscópico de la estructura, es decir visible a simple
vista. Se refiere, por tanto, a la forma, tamaño y demás características observables que
pueden afectar a ciertas características del material.
Propiedades: Respuestas a estímulos específicos ejercidos sobre el material.
Técnicas de conformación: Métodos para dar forma a un material.
Colaje: Consiste en verter una suspensión de la composición deseada en un molde que
tiene la forma prevista, formándose una capa sólida en la pared interior del molde al
absorber el dispersante.
Extrusión: Consiste en aplicar una fuerza de compresión sobre una mezcla plástica
para que circule a través de una cavidad que actúa como molde (boquilla, en general
metálica).
Prensado: Aplicación de una fuerza de compresión sobre una masa plástica estática.
Plasticidad: Capacidad de un material de mantener una deformación permanente o no
recuperable después de aplicar una carga.
Elasticidad: Capacidad de un material de recuperar la forma al eliminarse el esfuerzo
aplicado.
Sinterización : Es el nombre general para el proceso de densificación de un material
policristalino, con o sin presencia de fase líquida para ayudar al transporte de materia.
Policristalino : Material sólido constituido por más de un cristal o grano.
Monocristalino : Material constituido por un solo cristal.
Densificación : Procesado térmico mediante el cual los granos que constituyen el
material crecen formándose uniones entre ellos lo que produce un efecto de
aproximación aumentando la densidad del material, pudiendo esta aproximarse a la
densidad cristalina teórica.
Crecimiento de grano : Incremento del tamaño medio de grano de un material
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Límite de grano : Intercara que separa dos granos vecinos con distintas orientaciones
cristalográficas.
Tratamientos Térmicos
Introducción.
En Tratamientos Térmicos encontraremos su definición propiamente tal, las propiedades
mecánicas que pueden llegar a alcanzar distintos tipos de aceros y fundiciones, en algunos casos
sólidos cerámicos. También hallaremos una gama de aplicaciones de “tratamientos térmicos” o
bien en que herramientas o productos se pueden presentar en el mercado, los cuales son
frecuentemente utilizados para realizar trabajos mecánicos, que de una u otra forma pueden llegar
a facilitar y apresurar el trabajo deseado.
También se dan a conocer los distintos tipos de procesos de “tratamientos térmicos” como:
-
-
Endurecimiento del acero
Temple y revenido: Bonificado
Recosido
Cementado
Carburización
Definición.
Se define como tratamientos térmicos al proceso que se someten los metales u otros sólidos con
el fin de mejorar las propiedades mecánicas como: la dureza, resistencia y tenacidad. Los
materiales a los cuales se someten a este proceso son: aceros y fundición, formados por hierro y
carbono, también es aplicable a sólidos cerámicos.
El proceso de tratamientos térmicos consiste en el calentamiento y enfriamiento de un metal sólido
para cambiar sus propiedades físicas.
Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros sin variar su
composición química.
Características.
Las características mecánicas de un material dependen de su composición química, estructura
cristalina que tenga.
Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina sin alterar la composición química,
dando a los materiales características mecánicas muy concretas, mediante el proceso de
calentamiento y enfriamiento sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.
Algunos materiales presentan distintos tipos de estructura cristalina con diferentes estructuras de
grano pero con una única composición química, a esto se le denomina “polimorfismo”, ejemplo;
- El diamante y el grafito son polimorfismo del carbono.
- La ferrita y austenita son polimorfismo del hierro.
Características obtenidas:
-
Resistencia al desgaste: resistencia que ofrece un material al dejarse erosionar cuando
esta en contacto de fricción con otro material.
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-
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Tenacidad: es la capacidad que tiene un material al absorber energía sin
producir fisuras (resistente al impacto).
Maquinabilidad: es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado
por arranque de viruta.
Dureza: es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. La dureza se mide en
las unidades BRINELL (HB) o ROCKWEL C (HRC).
TRATAMIENTO TERMICO.
El tratamiento térmico consiste en calentar el acero a una temperatura determinada, mantenerlo a
esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarlo a
la velocidad conveniente. Los factores temperatura y tiempo deben ser muy bien estudiados
dependiendo del material, tamaño y forma de la pieza. Con el tratamiento conseguiremos modificar
microscópicamente la estructura interna de los metales, produciéndose transformaciones de tipo
físico.
Tipos de tratamientos térmicos:
Temple: su finalidad es aumentar la dureza y la
resistencia del acero. Para ello, se
calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior, luego se
enfría rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite (se
utiliza en los hornos de tratamientos térmicos en vacío).
Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en austenita, que tiene la
propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio,
la austenita vuelve a convertirse en ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la
austenita se convierte en martensita, de dureza similar a la ferrita, pero con carbono en
disolución sólida.
Revenido: sólo se aplica a aceros previamente templados,
para disminuir ligeramente los
efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido
consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones
creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia
deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad
de enfriamiento.
Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenización
(800 – 925º C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la
elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas
al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud
que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
Normalizado: tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de
tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como
tratamiento previo al temple y al revenido.
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TEMPLE Y REVENIDO.
Hay que tomar en cuanta que después de endurecido el acero es muy quebradizo o frágil, se rompe
con el mínimo golpe debido a la tensión exterior generada por el proceso de endurecimiento.
El proceso de temple y revenido hace más tenaz y menos quebradizo el acero, aunque pierde algo de
dureza. Este proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentar hasta la
temperatura adecuada, después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizo para
endurecerla.
Recocido: Este recocido tiene como finalidad principal ablandar el acero, eliminar las tensiones
externas, que siguen a un trabajo en frío.
Recocido de regeneración: Llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del
material producido por el temple o forjas. Este se aplica en los aceros con más del 0,6% de C, en los
de menor a 0,6% de C solo se aplica para afinar y ordenar su estructura.
Recocido de globulación: Este se hace más mecanizable, se desea obtener la globalización en piezas
como placas delgadas que deben tener alta embutición y baja dureza. Finalmente son templadas para
garantizar la dureza.
Es usado para los aceros y hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89% de C. La
temperatura del recocido esta entre AC3 y AC1.
Recocido subcritico: La micro estructura obtenida en este tratamiento varía según la temperatura del
recocido. Por lo general las que no exceden los 600 grados liberaran tensiones en el material
ocasionando, algún crecimiento de grano, generalmente mostrando ferrita y perlita. Por encima de
los 600 y bajo los 723 grados, se habla de recocido de globulación, puesto que no sobrepasa la
temperatura critica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz
totalmente ferrica.
Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y
mecanizado. Este procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados pero su
enfriamiento es más lento.
Producto final de los tratamientos térmicos.
Los tratamientos térmicos una vez finalizado el proceso ha trabajar los podemos encontrar en
materiales o herramientas que nos facilitan el trabajo ya sea de manera independiente o a nivel de
industria. Los tratamientos térmicos los podemos hallar en:
Trabajo a alta velocidad y alta temperatura: Brocas, cortadores, punzones, etc.
Trabajos en frío, temple al aire, baja deformación: Dados formadores, troqueles, punzones,
cuchillas, dados para extrusión de aluminio para forjas, plásticos.
Resistencia a la corrosión y templables con altos contenidos de CR y AL: Moldes para
plásticos, industria de alimentos, partes de maquinaria.
Acero resistente al impacto: Cuchillas, cinceles, dados, etc.
Acero de temple al aceite: Matrices, marcadores, etc.
Acero de construcción de temple al aceite: Partes para maquinas, flechas, bujes, rodillos,
pernos, etc.
Partes simples que permiten deformación: Rodillos, flechas, engranajes, partes troqueladas,
etc.
Menor deformación por ser templado en aceite: piezas troqueladas, laminas, tornillos
pequeños, arandelas, martillos para molinos etc.
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Bajo contenido de carbono: Herramientas de formado, forja y vidrio.
MATERIALES DE USO TECNICO
Los materiales son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan de utilidad para
la fabricación de estructuras, maquinaria y otros productos.
Existen materiales de muy diversos tipos que, de forma muy general, siguiendo
diferentes criterios:
Según su origen:
- Materiales naturales : aquellos que se encuentran en la naturaleza. Son susceptibles
de agotarse, salvo que se reciclen. Madera, lana, arcilla,...
- Materiales artificiales : aquellos que se obtienen a partir de otros que se encuentran
en la naturaleza. Por ejemplo: aglomerados de madera.
- Materiales sintéticos : Fabricados a partir de materiales artificiales. Por ejemplo: los
plásticos.
Pero el criterio más empleado, desde un punto de vista tecnológico, es según sus
características comunes en cuenta a su naturaleza física:
Tenemos pues:
1. Materiales metálicos y sus aleaciones.
2. Maderas y sus derivados.
3. Polímeros: llamados vulgarmente plásticos.
4. Materiales pétreos y sus derivados.
5. Fibras textiles.
Propiedades generales de los materiales
Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco
grandes grupos:
1. Propiedades químicas: Se refiere a los procesos que modifican químicamente un
material.
2. Propiedades físicas: Se refiere a las características de los materiales debido al
ordenamiento atómico o molecular del mismo.
3. Propiedades térmicas: Se refiere al comportamiento del material frente al calor.
4. Propiedades magnéticas: Se refiere a la capacidad de algunos materiales al ser
sometidos a campos magnéticos.
5. Propiedades mecánicas: Están relacionadas con la forma en que reaccionan los
materiales al actuar fuerzas sobre ellos.
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Agustín Edwards Ross
Departamento Mecánica Industrial
PROPIEDADES QUIMICAS:
1. Oxidación: Cuando un material se combina con oxígeno, se dice que experimenta
una reacción de oxidación. Tal reacción, de forma esquemáticas sería...
Material + oxígeno óxido del material ± energía.
Aunque la oxidación limita la vida del material, en ocasiones la formación de una capa
de óxido en el mismo, depositada en la parte exterior del material, protege al mismo de
una posterior degradación del mismo.
La mayor temperatura acelera el proceso de oxidación del material.
Materiales susceptibles de ser oxidados: Hierro, aceros bajos en carbono, Cobre,
Titanio,... Materiales resistentes a la oxidación: Oro, plata, aluminio, estaño, cromo, ...
2. Corrosión: Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o en presencia
de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión.
PROPIEDADES FISICAS
1. Densidad: Es la relación existente entre la masa de una determinada cantidad de
material y el volumen que ocupa. Su unidad en el sistema internacional es el kg/m3.
2. Resistencia eléctrica: Todas las sustancias ofrecen un mayor o menor grado de
oposición al paso de la corriente eléctrica. Tal oposición es la resistencia eléctrica,
que define si un material es un conductor, semiconductor o aislante eléctrico. La
resistencia eléctrica se mide en ohmios(W). Una magnitud asociada a la resistencia
eléctrica es la resistividad, que se define como la resistencia que ofrece al paso de la
corriente un material de un metro de longitud y de un m2 de sección. Se mide en
W·m.
PROPIEDADES TÉRMICAS
1. Dilatación térmica o dilatabilidad: La mayoría de los materiales aumentan de
tamaño (se dilatan) al aumentar la temperatura. La magnitud que define el grado de
dilatación de un cuerpo es el coeficiente de dilatación (α) que nos da una idea del
cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando cambia la
temperatura del material.
2. Calor específico: Se define como la cantidad de calor que necesita una unidad de
masa para elevar su temperatura un grado. En el sistema internacional se mide en
J/kg·K (K = grados Kelvin, 0ºc = 273,15 K), aunque es más frecuente medirlo en
cal/g·ºC.
3. Temperatura de fusión: Al elevar la temperatura de un sólido, puede producirse un
cambio de estado, pasando de sólido a líquido. La temperatura a la que se sucede tal
fenómeno es la temperatura de fusión, que a presión normal se llama punto de
fusión.
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4. Conductividad térmica: Es un parámetro que indica el comportamiento de cada
cuerpo frente a la transmisión del calor.
PROPIEDADES MAGNETICAS
1. Materiales diamagnéticos: Son aquellos que se oponen al campo magnético
aplicado. Oro, plata, cobre,...
2. Materiales paramagnéticos: Dentro de estos materiales el campo magnético es algo
mayor al aplicado. Aluminio, platino,..
3. Materiales ferromagnéticos: Dentro de estos materiales el campo aplicado es
mucho mayor que el aplicado. Destacan el hierro, níquel y cobalto.
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