1. CURSO: 2º BACH TECNOLOGIA INDUSTRIAL OBJETIVOS
I.3
1. Diferenciar entre las distintas propiedades que caracterizan los
materiales, fundamentalmente la de los metales.
UNIDAD DIDÁCTICA:
2. Conocer los principales tipos de deformaciones.
3. Analizar los ensayos más utilizados para conocer la respuesta de los
materiales frente a distintas situaciones de trabajo.
ENSAYOS Y 4. Analizar los datos que se obtienen de los ensayos.
TRATAMIENTOS DE 5. Comprender la importancia de los tratamientos de los materiales.
LOS MATERIALES 6. Analizar los principales tipos de tratamientos.
7. Conocer las distintas formas de corrosión y los posibles tratamientos.
BLOQUE I:
Materiales
1.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 2.- ENSAYOS DE LOS MATERIALES
Los materiales se diferencian por sus propiedades.
Con los ensayos se intenta simular las condiciones
Algunas de las más empleadas son:
Cohesión: resistencia que oponen las moléculas de los materiales a separarse de trabajo de un material para determinar su
unas de otras. idoneidad.
Ductilidad: capacidad de los materiales para deformarse cuando se les aplica
un esfuerzo de tracción.
Dureza: resistencia que opone un material a ser penetrado o rayado por otro.
Elasticidad: capacidad de un material de recobrar su forma primitiva cuando
cesa la causa que lo deformó.
Fatiga: resistencia a la rotura de un material sometido a esfuerzos variables
tanto en magnitud como en sentido.
Fragilidad: propiedad contraria a la tenacidad. Los materiales frágiles tienen
muy poca zona plástica.
Maleabilidad: capacidad de los materiales de deformarse plásticamente frente
a esfuerzos de compresión.
Plasticidad: capacidad de algunos materiales sólidos de adquirir
deformaciones permanentes sin llegara romperse.
Resiliencia: capacidad de un material de absorber energía en la zona elástica
al someterlo a un esfuerzo de rotura.
http://www.scribd.com/doc/20242334/ENSAYOS-DE-LAS-PROPIEDADES-DE-LOS-MATERIALES
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2. 2.1- CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS 2.1.1.- Rigurosidad del ensayo
Debido a la diversidad de propiedades y a las Ensayos científicos: se hacen en laboratorios especializados
y permiten obtener valores precisos y reproducibles de las
diferentes formas de determinarlas, los ensayos se
propiedades ensayadas, ya que las condiciones a las que se
pueden clasificar según distintos conceptos: somete el material están convenientemente normalizadas.
Rigurosidad del ensayo Ensayos tecnológicos: se hacen en fábrica e indican
calidades de material.
Naturaleza del ensayo
Utilidad de la pieza después del ensayo
Velocidad de aplicación de los esfuerzos
2.1.2.- Naturaleza del ensayo 2.1.3.- Utilidad de la pieza después del ensayo
Ensayos químicos: permiten conocer la composición Ensayos destructivos: son aquellos que producen un daño o
cualitativa y cuantitativa del material, así como la naturaleza del rotura de la pieza sometida al ensayo.
enlace químico o la estabilidad del material en presencia de Ensayos no destructivos: se analizan los defectos externos
compuestos corrosivos. e internos de una pieza mediante procedimientos de
Ensayos metalográficos: con el uso de microscopios, observación directa empleando microscopios, rayos X,
permiten conocer la estructura interna del material. ultrasonidos, campos magnéticos, etc.
3 METALOGRAFIA.pdf
Ensayos físicos: tienen por objeto cuantificar ciertas
propiedades físicas tales como: densidad, punto de ebullición,
punto de fusión, conductividad eléctrica, conductividad térmica,
etc.
Ensayos mecánicos: con ellos se determina la resistencia del
material a ciertos esfuerzos. Son los que fundamentalmente
estudiaremos.
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3. 2.1.4.- Velocidad de aplicación de los esfuerzos 2.2.- ENSAYOS MECÁNICOS
Ensayos estáticos: son aquellos en los que la velocidad de Los ensayos de este tipo más importantes son:
aplicación de la fuerza no influye en el resultado. Un ejemplo Dureza
de este tipo, es el ensayo de tracción.
Tracción
Ensayos dinámicos: en ellos, la velocidad de aplicación de
las fuerzas forma un papel importante en el ensayo. Un
Resiliencia
ejemplo de este tipo, es el ensayo de flexión. Fatiga
DEFORMACIONES A LAS QUE SE PUEDE
SOMETER UN MATERIAL 2.2.1- Ensayos de dureza al rayado
Para los metales se emplea el método Martens que consiste en
medir el surco que deja una punta de diamante con forma
piramidal con dimensiones normalizadas a la que aplicamos
una carga constante y que se desplaza sobre la superficie del
metal.
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4. 2.2.2.- Ensayos de dureza por penetración 2.2.2.1.- Método Brinell (HB) (UNE 7- 422 - 85)
Emplea como penetrador una
Se trata de averiguar la dureza de un bola de acero muy duro de
material por la huella que deja un diámetro conocido (entre 1 y
penetrador al que aplicamos un peso 10mm).
constante.
Al someter la bola a una carga
determinada, se produce en el
Los más empleados para los metales material una huella en forma
de casquete esférico.
son:
Método Brinell (HB) El tiempo que dura este ensayo
Método Vickers (HV) es de unos 15s.
Método Rockwell La medida del diámetro de la
huella se realiza mediante lupa
graduada o microscopio.
2.2.2.2.- Método Vickers (HV) (UNE 7- 423 - 84)
Este método se emplea para
durezas superiores a 400 HB.
En este caso el penetrador es
una pirámide regular de base
cuadrada cuyas caras forman
un ángulo de 136°.
La medida del diámetro de la
huella se realiza mediante
lupa graduada o microscopio.
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5. 2.2.2.3.- Método Rockwell (UNE 7-424-89)
Permite determinar la dureza, a partir de la profundidad de la huella.
El penetrador empleado depende del material a ensayar
HRB materiales blandos (60-150HV) bola de acero
HRC materiales duros (235-1075HV) cono de diamante con 120° de ángulo
Forma de realizar el ensayo:
1.- Se aplica al penetrador una carga de 10 kg durante un tiempo determinado. Esta
carga provoca una huella de profundidad h0.
2.- Después, dependiendo de la dureza del material, se añade la carga adicional que
puede ser de 60, 100 ó 150kg. La profundidad de la huella alcanza entonces el valor
h1 .
3.- Al retirar la carga adicional, el penetrador retrocede por la recuperación elástica del
material. La huella adquiere entonces una profundidad e=h1-h0
La dureza Rockwell queda determinada por:
HRC=100-e HRB = 130-e
Se observa que cuando mayor es la profundidad e menor es la dureza del material.
El durómetro para Rockwell, a diferencia de los anteriores, está provisto de una escala
graduada que permite realizar una medida instantánea de la profundidad de la huella.
2.2.3.- Ensayos de dureza dinámicos
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6. 2.2.4.- ENSAYO DE TRACCIÓN (UNE 7-474) 2.2.4.1.- MÁQUINA DE ENSAYO
Una probeta con forma y dimensiones normalizadas según el material
que sea, es sometida a un esfuerzo de tracción (σ) en la dirección de
su eje por una máquina que registra el esfuerzo aplicado y el
alargamiento (ε) producido en la probeta hasta que esta se rompe.
En los ensayos de tracción es preciso tener en cuenta la temperatura,
ya que, los metales modifican sus dimensiones con ella.
La probeta indicada en la figura es la más usada.
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7. 2.2.4.2.- Estudio de un ensayo de tracción 2.2.4.2.1.- Curvas de tracción y fractura para diferentes materiales
2.2.4.3.- TENSIÓN UNITARIA (σ) 2.2.4.4.- ALARGAMIENTO UNITARIO (ε)
Representa el esfuerzo que soporta el material por unidad de sección. Representa el cociente entre el incremento de
longitud de la probeta, como consecuencia del
esfuerzo a la que la sometemos, y la longitud inicial.
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8. 2.2.4.5.- MÓDULO DE ELASTICIDAD o
MÓDULO DE YOUNG 2.2.4.5.1.- LEY DE HOOKE
Representa el cociente entre la tensión unitaria y el Las deformaciones (ε) producidas en un elemento
alargamiento unitario. resistente son proporcionales a las tensiones (σ)
El módulo de Young es característico de cada que las producen, dentro del comportamiento
material. elástico del material.
En el ensayo de tracción, el valor de
la tg α se conoce como módulo
elástico o módulo de Young (E),
que representa la pendiente de la
curva tensión-deformación en la
región elástica.
2.2.4.5.2.- VALORES DE MATERIALES 2.2.4.5.- Diagrama de esfuerzos y deformaciones
Del diagrama obtenido en el ensayo de tracción se puede
determinar el limite elástico, resistencia a la rotura,
capacidad de alargamiento y procesos de estricción.
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9. 2.2.5.- ENSAYO DE RESILIENCIA 2.2.6.- ENSAYO FATIGA
El más característico es el ensayo Charpy . La fatiga aparece en piezas que están sometidas a esfuerzos
variables en magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia.
Este fenómeno puede provocar que las piezas rompan con cargas
En este ensayo se utiliza una probeta de sección inferiores a las de rotura, incluso cuando se trabaja por debajo
cuadrada provista de una entalladura que es del límite elástico, siempre que las cargas actúen durante un tiempo
sometida a la acción de una carga de ruptura por suficiente.
medio de un martillo que se desplaza en una
trayectoria circular. Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de
ciclos, es necesario que la diferencia entre la carga máxima y la
mínima sea inferior a un determinado valor, llamado límite de
fatiga.
Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y
torsión.
En el proceso de fatiga se distinguen tres fases esenciales: una de
incubación a partir de la fisura interna, otra de maduración
progresiva y la última, instantánea, es la rotura efectiva.
RESUMEN DE LOS DATOS DE INTERÉS 3.- TRATAMIENTOS DE LOS MATERIALES
DE LOS ENSAYOS Tienen por finalidad modificar las características mecánicas de los metales.
Tratamientos térmicos:
Son procesos técnicos que, mediante calentamientos y enfriamientos, producen
cambios en las propiedades mecánicas de los materiales, es decir, aumentan la
resistencia a la tracción y la dureza, sin alterar su composición química.
Tratamientos termoquímicos:
Son procesos técnicos que, mediante calentamientos, enfriamientos y cambios
en la composición química de los materiales, provocan un aumento de la
resistencia y la dureza de las superficie exterior de las piezas, manteniendo el
núcleo de las mismas con las propiedades iniciales.
Tratamientos mecánicos:
Son procesos técnicos que, mediante solicitaciones mecánicas, producen un
cambio en el material sin alterar su composición química. Cuando el proceso se
realiza en caliente recibe el nombre de forja.
Todos ellos no deben alterar la composición química de manera notable ya que de lo
contrario dejarían de ser tratamientos para convertirse en otros procesos.
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10. 3.1.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS 3.1.1.- Referencia de las temperaturas
Consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento más o Las referencias de las temperaturas son las líneas de transformación de
menos rápido a los que se somete a los materiales con objeto de los constituyentes estables en el diagrama Fe-C. (perlita, ferrita y cementita)
conseguir cambios en la estructura cristalina (fundamentalmente el
tamaño de grano) sin que la composición química resulte modificada.
Existen fundamentalmente cuatro tratamientos térmicos
Temple
Revenido
Normalizado
Recocido
La finalidad de los tratamientos térmicos, en general, es:
Alcanzar máxima dureza y resistencia.
Disminuir la acritud (Estado en el que se encuentra un material cuando ha perdido su ductilidad y
maleabilidad) de los trabajos en frío.
Eliminar tensiones internas, debido a las deformaciones de la red atómica.
Crear estructuras internas homogéneas.
3.1.3.- COMPONENTES EN FUNCION DE LA
3.1.2.- FUNDAMENTO DE LOS TRATAMIENTOS VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO
El fundamento es obtener constituyentes metaestables, sometiendo
la austenita a un enfriamiento más rápido que el recogido en el
diagrama Fe-C.
La velocidad de los constituyentes estables del diagrama Fe-C es de
50ºC/seg.
Los constituyentes metaestables se obtienen por enfriamiento a
velocidades superiores a 50ºC/seg.
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11. 3.1.4.- ESTUDIO DEL DIAGRAMA TTT 3.1.5.- TEMPLE
Las curvas Tiempo-Temperatura-Transformación son diagramas que Es un tratamiento típico de los aceros.
representan el tiempo necesario a cualquier temperatura para que se
inicie y termine una transformación de fase. También se suelen conocer OBJETIVOS:
como curvas de las S, por su semejanza con esta letra. Aumentar la resistencia a tracción, dureza y elasticidad de los aceros.
Disminuir plasticidad, tenacidad y alargamiento.
Su forma de interpretación es: Modificar:
Por encima de la temperatura A1 de - Propiedades físicas: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica.
austenización toda la estructura es austenita - Propiedades químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.
Ps, indica el inicio de la transformación a perlita.
Pf, el final. Esto sucede para enfriamientos lentos,
por ejemplo dejando apagado el horno y esperando CONSISTE EN:
a que se enfríe (velocidad V1 de la gráfica). calentarlos hasta una temperatura superior a la de austenización, seguido
Bs, indica el inicio de la transformación a bainita. de un enfriamiento lo suficientemente rápido para obtener una estructura
Bf, el final. Sucede con velocidades de enfriamiento martensítica. Para conseguir un mejor temple se agita el fluido
no lo bastante rápidas como para dar lugar al refrigerante.
temple.
Si las velocidades de enfriamiento son rápidas se
forma la martensita. Esa velocidad debe ser mayor
que v3 y marca dos zonas, la de inicio de la
transformación a martensita, Ms y la de final de la
transformación Mf.
El temple sucede siempre que la velocidad de enfriamiento sea lo
suficientemente rápida para no entrar en la zona de las S, debiendo cortar a
la línea de Ms.
3.1.5.1.- MEDIOS DE ENFRIAMIENTO 3.1.6.- REVENIDO
Agua: Es un tratamiento complementario al temple.
– Medio rápido y potente. Temple muy fuerte.
– La temperatura del agua menor de 30 ºC
OBJETIVO:
– Las piezas deben agitarse dentro del agua para impedir
Eliminar tensiones internas producidas
que el vapor producido haga de aislante retrasando el durante el temple; mejora la tenacidad,
enfriamiento. Para enfriar aceros al carbono. aunque se reduce la dureza.
CONSISTE EN:
Aceite mineral:
Calentar las piezas previamente templadas a
– Más lento que el agua. una temperatura inferior a la de
– Para temples suaves y uniformes. austenización, para lograr que la martensita
se transforme en una estructura más estable.
El proceso termina con un enfriamiento
Metales y sales fundidas: relativamente rápido.
– Para enfriamientos isotérmicos. Los metales fundidos
más usados: Pb, Hg, Pb-Sn.
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12. 3.1.7.- NORMALIZADO 3.1.8.- RECOCIDO
Se denomina normalizado por que se entiende que con Los tipos de recocidos son varios y vienen determinados por la
este tratamiento los aceros obtienen sus propiedades temperatura máxima de calentamiento.
normales. Se utiliza en piezas que: – Recocido de regeneración
han sufrido deformaciones en caliente, en frío – Recocido globular
– Recocido de ablandamiento
han tenido enfriamientos irregulares o – Recocido de homogenización
sobrecalentamientos – Recocido contra la acritud
se les quiere eliminar un tratamiento térmico previo. – Recocido isotérmico.
OBJETIVO: OBJETIVOS:
reducir tensiones internas provocadas por las causas eliminar tensiones del temple
anteriores, así como una unificación del tamaño de
grano. aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad
conseguir una microestructura específica.
CONSISTE EN:
calentar el acero 50 grados por encima de la temperatura CONSISTE EN:
de austenización seguido de un enfriamiento al aire. Calentar el material hasta una temperatura determinada y
La velocidad de enfriamiento no puede ser elevada mantenerlo a dicha temperatura durante un tiempo previsto y
evitando la formación de martensita y confiriendo al posteriormente enfriarlo lentamente.
acero una estructura perlítica y ferrita o cementita de
grano fino.
3.2.- TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS 3.3.- TRATAMIENTOS MECÁNICOS
Los procedimientos más habituales son:
Cementación- Añadir carbono a la superficie.
OBJETIVOS:
Nitruración- Horno con atmosfera de amoniaco.
Cianuración- Horno con atmósfera mezcla de carbono y nitrógeno.
Afinado del grano
Sulfinización- Añadir una capa superficial de azufre, nitrógeno y carbono. Eliminación de defectos interiores
Formación de fibras por cambio de
OBJETIVO: orientación por deformación.
Obtener piezas muy duras superficialmente, capaces de resistir
desgastes, y más blandas en el centro, lo que les permite ser más CONSISTE EN:
tenaces. Calentar una pieza y someterla a
esfuerzos continuados de compresión. El
CONSISTE EN: enfriamiento se realiza al aire siendo
1.- Meter la pieza en un horno con atmósfera controlada. mejor con calor residual.
2.- Calentar hasta la temperatura deseada.
3.- Mantener a temperatura el tiempo necesario para que se
produzca una difusión atómica en la superficie a una
profundidad.
4.- Enfriar.
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13. 4.- DETERIORO DE LOS MATERIALES 4.1.- CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA
La interacción entre un material y el ambiente provoca en La oxidación es un proceso en el que los átomo metálicos
muchos casos la pérdida o deterioro de las propiedades físicas pierden electrones. El metal se convierte en un ion con
del material. cargas positivas electrones de valencia. La zona donde se
produce la oxidación se llama ánodo.
Estos procesos de deterioro son diferentes según se trate de
materiales metálicos, polímeros o cerámicos. El proceso de
deterioro que se produce en los metales recibe el nombre de La reacción inversa es la de reducción y la zona se llama cátodo.
corrosión y oxidación.
La corrosión electroquímica se caracteriza por la formación de
pilas galvánicas en las que el metal actúa como ánodo y por lo tanto
se disuelve. Este tipo de corrosión exige la presencia de medios
electrolíticos, uniones eléctricas y la presencia de un cátodo.
4.1.1.- PILAS ELECTROQUÍMICAS 4.1.1.1.- PILA ELECTROQUÍMICA DE HIERRO Y COBRE
Tenemos dos metales diferentes inmersos en un electrolito y
unidos eléctricamente, haciendo que uno de ellos funcione
como ánodo y el otro como cátodo.
FUNCIONAMIENTO:
El ánodo cede electrones al cátodo, por lo tanto
algunos átomos del ánodo se ionizan con carga positiva
disminuyendo de tamaño. Si este ion se encuentra en la
superficie del ánodo podrá abandonarlo y dirigirse, a
través del electrolito, hacia el cátodo que se encuentra
cargado negativamente gracias a los electrones que le
cedió el ánodo.
CONSECUENCIAS:
El ánodo reduce su tamaño
El cátodo puede aumentar o quedarse igual. El ion al juntarse con el
electrón puede:
• depositarse sobre el cátodo
• precipitar al fondo de la pila
• combinarse con elementos del electrolito formando un gas que
saldría de la pila.
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14. 4.1.2.- PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN 4.2.- OXIDACIÓN
También llamada corrosión seca, la oxidación se refiere a la
Impedir la formación de pilas galvánicas, utilizando aislantes combinación de un metal con el oxigeno del aire:
eléctricos y seleccionando bien los materiales.
Unión de tuberías de acero con latón.
Tratar siempre que el área del ánodo sea mayor que la del
cátodo.
Una arandela de cobre sobre una chapa de acero toma pocos electrones
de la chapa siendo la corrosión más lenta
El óxido que aparece en la superficie de los metales
puede ser de tres tipos dependiendo del tamaño
Diseñar recipientes para
contener líquidos cerrados y respecto del cristal del metal:
procurar que no se acumule Menor- la capa de óxido es poroso por lo que se
líquido estancado.
puede seguir oxidando
Depósitos con fondo cónico o
esférico Igual- la capa de óxido es muy adherente e
impermeable por lo que protege al metal
Evitar hendiduras o grietas entre los materiales armados o unidos. Mayor- inicialmente es protectora pero al crecer se
Unir las piezas mediante soldadura. resquebraja dejado zonas expuestas y
manteniéndose la oxidación
Inhibidores
4.3.- Medios de protección Consiste en interrumpir o reducir el paso de iones desde el ánodo al
cátodo; para ello, añadimos al electrolito productos químicos que se
depositan en la superficie del ánodo o cátodo impidiendo o reduciendo la
Todos los medios de protección van destinados a evitar alguna de las
causas que provocan la oxidación y corrosión. Entre las más utilizadas salida o llegada de los iones, produciendo una polarización por
destacamos: concentración o resistencia.
Por ejemplo, las sales de cromo realizan esta función en los radiadores de los coches.
Recubrimientos
Se utilizan para aislar las regiones del cátodo y del ánodo. Estos Protección por selección de materiales
aislantes pueden ser de diferente tipo con una acción más o menos No todos los metales tienen el mismo comportamiento frente a la corrosión.
prolongada en el tiempo: Hay ciertos metales como el cromo, níquel, etc. que son muy resistentes a la
corto plazo- grasas o aceites que se eliminan con facilidad corrosión atmosférica y a la acción de muchos ácidos. El empleo de estos
medio plazo- pinturas o recubrimientos cerámicos metales en estado puro está limitado por sus propias cualidades mecánicas y
largo plazo- recubrir metales con un alto grado de corrosión con precio.
otros que tengan un grado de corrosión menor, por ejemplo el acero Se pueden conseguir aleaciones inoxidables si introducimos pequeñas cantidades de estos metales.
galvanizado que consiste en depositar Zn o Sn sobre la superficie del
acero. Pasivadores (protección anódica)
Se dice que un metal tiene pasividad natural cuando al oxidarse se forma
Protección catódica una fina capa de óxido que impide la corrosión del mismo, como ocurre con
Consiste en forzar al metal a comportarse como el aluminio, el cobre, etc. Este mismo efecto puede conseguirse de forma
un cátodo suministrándole electrones. Para ello artificial.
utilizamos un ánodo de sacrificio, el cual se Un ejemplo de pasivador es en forma de impregnación como ocurre con el minio (Pb304)
corroe, ya que aporta electrones al metal a
proteger.
Los materiales del ánodo de sacrificio son el cinc o el magnesio.
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