5° Año Prof. María Eugenia Pelorosso [DISEÑO Y PROCESAMIENTOS MECÁNICOS] [Escriba aquí una descripción breve del documento. Una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí una descripción breve del documento. Una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento.] DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso CONTENIDOS TEMATICOS Procesamiento y tratamientos térmicos Diagrama Fe-C Solidificación de los aceros Estructuras metalográficas de los acero y fundiciones Tratamientos de los metales para mejorar sus propiedades Tratamientos, mecánicos, térmicos y termoquímicos Tratamientos superficiales Mecanizado por arranque de viruta (parámetros fundamentales de las maquinas herramientas) Clasificación de las maquinas herramientas Concepto de esfuerzo y deformación Ensayos mecánicos, tracción, compresión, compresión, flexion,torsión Elementos y técnicas de unión Componentes mecánicos y diseño de piezas 5°AÑO 2 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso El acero es uno de los materiales de mayor utilización en la actualidad pues es el constituyente básico de muchas estructuras metálicas de casas, puentes, barcos, etc. Como ya sabemos es una aleación entre el Fe y el C con un % de C hasta una concentración aproximada del 2,2%, donde podemos alearlos a otros elementos y así reforzar sus propiedades según la necesidad requerida. Denominaremos acero a todos aquellos productos férreos deformables en frio o en caliente cuyo contenido de C es inferior al 2,2% encontrándose este combinado con el Fe como carburo (Fe 3C) De acuerdo a esa concentración adquieren ciertas características y propiedades que se aprovecharan para su utilización adecuada. Existen tratamientos que logran modificar sus propiedades pues modifican su estructura interna, eso se logra calentándolo y enfriándolo hasta temperaturas determinadas según corresponda, lo veremos más específicamente más adelante 5°AÑO 3 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso Al calentar y luego enfriar un acero el mismo sufre una serie de modificaciones denominadas cambios ALOTROPICOS, los mismos se detectan por medio de variaciones dimensionales y de calor que se producen así: A 1540°C el Fe liquido solidifica, formándose Fe A 1400°C el Fe se transforma en Fe A 910°C el Fe se transforma en Fe Al calentar una probeta de Fe se verifican los mismos cambios alotrópicos mencionados, aunque a una temperatura ligeramente superior a la que se producían durante el enfriamiento. Este efecto se debe a la inercia que presentan los sistemas cristalinos frente a posibles transformaciones, lo que da origen a una histéresis térmica, que será tantos mayores cuantos mayores sean las velocidades de enfriamiento y calentamiento y que dejara de producirse solo en el caso de enfriamiento y calentamientos infinitamente lentos. 5°AÑO 4 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso FISICO-METALURGIA: Los metales son sólidos cristalinos con propiedades típicas debidas al ordenamiento de sus átomos, según sistemas geométricos determinados, que se unen entre si de un modo en partículas. Para poder conocer íntimamente un metal es necesario conocer la estructura intima de cada cristal metálico y el enlace entre sus átomos. Las estructuras cristalinas son diagramas tridimensionales regulares de átomos en el espacio, esta regularidad en el caso de los sólidos es debida a las condiciones geométricas impuestas por la direccionalidad de las uniones y su apilamiento. Las estructuras cristalinas es un concepto geométrico, se las llama red espacial. Una red espacial es una ordenación tridimensional infinita de puntos en las que cada uno de ellos tienen un entorno idéntico a los demás por eso deben denominarse punto de la red. Estos se ordenan de catorce formas diferentes llamadas redes de BRAVAIS por lo tanto los átomos en toda estructura cristalina deben estar e una de las posiciones designadas por una de estas catorce redes ESTRUCTURA CRISTALINA En estado sólido los átomos acusan cierta permanecía que dan lugar a la formación de cristales. Los átomos no permanecen fijos en sus posiciones sino que oscilan alrededor de ellas. Al agruparse los átomos ordenadamente en el espacio podemos considerar que determinan una red tridimensional, llamada red espacial. El cristal está formado por una serie de células similares al cristal, la menor de estas células, que posea los mismos elementos de simetría que el cristas se denomina celda unitaria o fundamental de la cual en cada metal viene definida por los parámetros a,b,c que indican la longitud de sus lados y por los ángulos formados por ellas b-c, a-c,a-b Z cc c c C a b Y a 5°AÑO 5 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso X DISTINTOS SISTEMAS CRISTALINOS CON SUS RESPECTIVAS CELDAS UNITARIAS 5°AÑO 6 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso MECANISMO DE CRISTALIZACION La cristalización es el paso del estado líquido al estado sólido el cual se realiza en dos fases: a) FORMACION DE NUCLEOS b) CRECIMIENTO DEL GRANO Cuando la temperatura del líquido baja lo suficiente por debajo del punto de solidificación, se forman espontáneamente en distintos puntos del líquido agrupaciones o núcleos estables. Estos nucleos que son porciones de líquido solidificadas actúan como gérmenes de cristalización A medida que sigue el enfriamiento se solidifican más átomos, los cuales se agregan a los núcleos que se van formando o forman nuevos núcleos de cristalización. Cada núcleo atrae nuevos átomos del líquido, que se van ordenando de acuerdo a la red espacial del metal. Estos van creciendo en tres direcciones, son los ejes cristalográficos. Este proceso de solidificación da origen a una estructura dendrítica, como los núcleos se crean en forma arbitraria, la orientación de los ejes Cristalográficos presentara el mismo carácter y las dendritas que en ellas se forman tendrán direcciones diferentes en cada cristal. 5°AÑO 7 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso Solidificación de una aleación Esto hace que su forma externa sea muy irregular, lo que da lugar a que los cristales, que forman los distintos cristales de un metal se denominen GRANOS. Esta irregularidad formada por el choque de las distintas dendritas que han ido creciendo forma una zona muy irregular llamada contorno o LIMITE DE GRANO Por esta causa los materiales metálicos presentan con estructuras poli cristalinas, que es debida a que en distintos puntos y al mismo tiempo comienza la cristalización, la cual progresa hasta que las diversas porciones de cristal se toquen e impidan su crecimiento posterior Por esta causa se deduce que el metal de grano fino o de muchos bordes de grano, obtenido en la solidificación con una velocidad de enfriamiento rápida, es menos deformable plásticamente y más resistente a cargas estáticas y dinámicas, por la mayor homogeneidad que los de grano grueso, que se obtienen con una baja velocidad de enfriamiento. A muy alta temperatura la cohesión del material en los bordes de grano disminuye bruscamente dando fragilidad intergranular. Proceso de solidificación de un metal 5°AÑO 8 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso ESTRUCTURA PRIMARIA Y SECUNDARIA La modificación de la estructura cristalina mientras dura la transformación alotrópica, es similar al proceso de solidificación, por la manera obligada que tienen los átomos de agruparse. El proceso de solidificaron, maneja la velocidad de enfriamiento en la temperatura de transformación y determina el tamaño de grano de la nueva estructura que será fina o basta, según el enfriamiento sea rápido o lento. Por lo tanto la estructura granular formada en la solidificación o estructura primaria desaparece y es reemplazada por una nueva estructura granular formada en la transformación llamada secundaria, cuyos granos de la nueva variedad tendrán tamaños que dependerán del enfriamiento en la transformación, sin guardar relación con los de la estructura primaria 5°AÑO 9 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso IMPERFECCIONES CRISTALINAS (completar) 5°AÑO 10 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso LA CONFORMACION POR ARRANQUE DE MATERIAL SE LLEVA A CABO CON PIEZAS QUE SE ENCUENTRAN YA CASI TOTALMENTE ELABORADAS POR MOLDEO, LAMINACION O FORJA Y CONSISTE EN QUITARLES EL MATERIAL SOBRANTE O DARLES FORMA DEFINITIVA. HOY TAMBIEN SE UTILIZA LA PRODUCCION DE PIEZAS YA TERMINADAS POR MOLDEO O DEFORMACION, ES EL UNICO METODO DISPONIBLE POR AHORA PARA LA OBTENCION DE PIEZAS DE METALES O ALEACIONES CON GRAN PRESICIÓN DE MEDIDAS La conformación por arranque de material se realiza arrancando el material sobrante en forma de virutas o diminutas partículas para de esa manera obtener la pieza deseada de acuerdo con el plano El corte de materiales se realiza con la ayuda de unas maquinas que se denominan: maquinas-Herramientas. Esta operación de rebajado de material en una pieza por medio de una herramienta cortante se conoce como MECANIZADO PARAMETROS FUNDAMENTALES EN LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS: ANGULO DE CORTE VELOCIDAD DE CORTE FUERZA DE CORTE POTENCIA DE CORTE TIEMPOS DE FABRICACION 5°AÑO 11 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso Para que cualquiera de todas estas opciones para poder trabajar sea necesario tratar térmicamente a los aceros, la finalidad que tendrán los mismos será modificar las propiedades mecánicas, se pretende mejorar su dureza y resistencia mecánica, en otros, aumentar su plasticidad para facilitar su conformado TRATAMIENTOS DE LOS ACEROS PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES: Distinguiremos cuatro clases diferentes de tratamientos: T. térmicos: el metal es sometido a procesos térmicos en los que no varía su composición química, aunque se su estructura interna T. termoquímicos: los metales son sometidos a enfriamientos y calentamientos, a la vez que se modifica la composición química de su capa externa T. mecanicos, tienen por objeto mejorar las características de los metales por medio de la deformación mecánica, pudiéndose realizar en caliente o en frio, es decir la finalidad será dar forma definitiva o transitoria a un material T.superficiales: se mejorar las propiedades de las superficie de los metales sin alteras su composición química , en este caso a diferencia de los tratamientos termoquímicos no es necesario someter el material a proceso alguno de calentamiento LOS TRATAMMIENTOS NO DEBEN ALTERAR DE FORMA NOTABLE LA COMPOSICON QUIMICA DE UN METAL, PUES NO SERIA UN TRATAMIENTO SINO OTRO TIPO DE PROCESO Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a las que son sometidos los metales para conseguir cambios en su estructura cristalina (por ej. Modificar su tamaño de grano) sin que la composición química resulte modificada Para poder realizar un buen tratamiento térmico los aceros se pueden clasificar en dos grupos: los de CEMENTACION, y los de REFINACION (temple y revenido) TEMPLE: es el más importante de todos tal vez, tiene el objetivo de endurecer y aumentar la resistencia de los mismos. Consiste en calentar el acero a una temperatura mayor Ac3 (autenizacion)para los acero hipoeutectoides, mantenerlo a dicha temperatura a razón de una hora por pulgada de mayor espesor y luego enfríalo rápidamente en agua, aceite soluble o sales fundidas, según las características químicas del acero usado 5°AÑO 12 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso ¿QUE ES LA TEMPLABILIDAD? Es la capacidad de un acero par el temple, es decir la facilidad con que se forma la martensita, la transformación completa de austenita en martensita solo se consigue con velocidades de enfriamiento muy elevadas Este proceso debe tener en cuenta extremar los controles ya que cualquier imprecisión puede dar lugar a piezas defectuosas o deformaciones, grietas o fisuras por esta razón se debe garantizar: TEMPERATURA DE TEMPLE VELOCIAD DE CALENTAMIENTO TIEMPO A TEMPERTURA ENFRIAMIENTO El temple no constituye un tratamiento final, debido a que la estructura martensitica obtenida, pese a ser muy dura, es al mismo tiempo muy frágil y se encuentra en un estado de ACRITUD, a causa de la fuertes tensiones internas generadas alrededor de los átomos de C por este motivo luego del templado se lo somete a un tratamiento de REVENIDO, el cual se lo realiza calentándolo a una temperatura inferior a Ac1 con el objetivo de obtener una estructura mas dúctil y tenaz. Los efectos de este tratamiento dependen en gran medida de la temperatura y del tiempo de duración del proceso. Al conjunto de estos tratamientos se lo llama REFINADO o bonificado NORMALIZADO Este tratamiento se suele emplear en piezas fundidas o forjadas con el objeto de afinar el grano de su estructura, al mismo tiempo que la homogeniza y destruye su anisotropía Consiste en el calentamiento del acero hasta una temperatura de 50° a 70°C por encima de Ac 3 para acero hipoeutectoides o de Ac1 para hipereutectoides y luego enfriar al aire (puede ser calmo o 5°AÑO 13 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso violento) la velocidad de enfriamiento no es lo suficientemente elevada como para formar martensita y la estructura resultan es perlita y ferrita o cementita de grano fino El hecho de que los aceros con un contenido en carbono inferior al 0,25% posean una baja templabilidad convierte al normalizado en un tratamiento adecuado para mejorar sus propiedades mecánicas. Sin embargo en el caso de acero aleado o de aquellos que posean un contenido alto de C resulta preferible desde el punto de vista de las propiedades mecánicas llevar a cabo el tratamiento de temple mas revenido (refinado) RECOCIDO: El tratamiento consiste en calentar el acero hasta alcanzar una temperatura similar a la utilizada en el normalizado y a continuación someter a la pieza a un enfriamiento muy lento (por lo general se apaga el horno y se deja que material se enfrié en su interior) Al ser un enfriamiento muy lento las estructuras que se obtienen son ferro perlíticas en el caso de acero hipoeutectoides, o cementitito- perlíticas si se trata de acero hipereutectoides de grano grueso. El recocido s aplica al acero para ablandarlo y proporcionarle la ductilidad y maleabilidad suficientes para conformarla plásticamente o darle su forma final por mecanizado 5°AÑO 14 DISEÑO Y PROCESAMIENTO MECANICO Prof. María Eugenia Pelorosso Tratamientos mecánicos: Los tratamientos mecánicos consisten en deformar elástica y plásticamente un material dentro de una matriz, estos pueden realizarse en frio o en caliente. Estos tratamientos son la laminación, la forja, el estampado y el trefilado 5°AÑO 15
