7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
1/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
INTRODUCCIN
En el presente trabajo vamos a ver a grandes rasgos algunos conceptos que
integran la materia de Tecnologa de los Materiales, los cuales nos servirn parapodertener en claro algunas ideas que nos servirn para tener una comprensin
ms clara de dicha materia, as mismo nos permitir familiarizarnos con la
industria del acero sus tratamientos y aplicaciones a la industria y a la vida diaria,
algunos de los conceptos que trataremos ser: Historia de los materiales y su
evolucin a travs de loa aos, veremos que esto ha ejercido cierta influencia en
las sociedades de todo el mundo, veremos la clasificacin de los materiales como
son los metales, cermicos y los plsticos, as tambin veremos las propiedadesfsicas y qumicas de dichos materiales y el cmo conocerlas nos permite trabajar
de una manera ms eficiente con ellos tambin veremos las estructuras
cristalinas, el cmo conocer la estructura interna de los materiales nos permite
darles un mejor uso y que puedan ser de mejor aprovechamiento, as tambin los
tratamientos trmicos que dichos materiales pueden recibir con el objeto de darles
una mayor durabilidad y mejor aplicaciones a la industria, otro aspecto que
trataremos ser los aceros y como su uso y aplicaciones a lo largo del tiempo ha
evolucionado y mejorado, algo que no podra faltar son los enlaces qumicos y
como conocerlos nos da ideas sobre el uso y aplicacin de los materiales,
anexaremos tambin un pequeo laboratorio de mquinas que su uso es las
famosas pruebas de tensin, dureza, fatiga e impacto, las cuales nos permiten
checar la calidad de los materiales de una manera cualitativa y cuantitativa
veremos la grfica de Hierro Carburo de Hierro, la cual es usada en los procesos
de fundicin del acero, dicha grafica es de singular uso, ya que en ella se pueden
observar todos los procesos de fundicin del acero y de cmo este se trabaja,agregaremos tambin algunas microfotografas de las estructuras de la austenita,
ferrita y otras, en ellas se puede observar los granos y tambin que distingue a
una de la otra, es decir la micro estructura de los aceros, a lo largo de este curso
se podrn ver muchos conceptos que en su totalidad nos permiten asimilar como
la industria de los materiales ha progresado y que aun los ingenieros hoy en da
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos13/discurso/discurso.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/lamateri/lamateri.shtmlhttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/Historia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/evolucion-sociedades/evolucion-sociedades.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/informe-laboratorio/informe-laboratorio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAShttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos13/discurso/discurso.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/lamateri/lamateri.shtmlhttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/Historia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/evolucion-sociedades/evolucion-sociedades.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/informe-laboratorio/informe-laboratorio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAShttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
2/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
trabajan con el nico fin de descubrir nuevos materiales y reinventar los ya
conocidos con el fin de mejorar la economa y poder aprovechar de manera ptima
los recursos que se tienen a la mano, a lo largo de las ultimas dcadas este ha
sido el quehacer de la industria, no tan solo en los materiales sino en todas susramas, la evolucin de la industria y los nuevos tiempos traen mayores
necesidades y es responsabilidad nuestra la optimizacin de los procesos
industriales. Todas las industrias hoy buscan mejorar los proceso y poder reusar
las mermas, todo como una cultura de reciclaje y mejora de la industria, la
economa y el bienestar de la comunidad en conjunto; este trabajo tratara de
darnos esas ideas para ser ms conscientes y adems para mejorar nuestro
conocimiento de la ciencia y la tecnologa de los materiales, debido a que nopodemos quedarnos ausentes de los cambios que en nuestra industria se generan
momento a momento, es de gran importancia el conocimiento de dichas
tecnologas, aunque estas no estn presentes en nuestra vida de manera
constante; esperamos que este material sea de provecho y utilidad para de uno u
otro modo mejorar nuestra cultura de la industria y del uso adecuado y consiente
de la materia prima, que de uno u otro modo debemos de ser cuidadosos en el
uso que pretendamos darle a este recurso, los cambios da con da son
irremediables y somos vctimas de ellos y tenemos que caminar de la mano y a la
par con ellos para poder sobrevivir econmicamente, como economa nacional y
como una economa individual, vera en este trabajo cada uno de los conceptos
bsicos que ayudan a saber y conocer ms de los materiales, ojala a medida que
lo lea pueda disfrutar de l y hacer un uso correcto, el material es introductorio y
no pretende ser un estudio detallado de los conceptos. Antes bien proporciona
ideas y conceptos claros de esta ciencia y tecnologa de los materiales, para el
aprendiz nuevo y deseoso de buscar.
HISTORIA DE LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIN
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto
.Desde el comienzo de la civilizacin , los materiales junto con la energa han sido
utilizados porel hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos estn
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos33/responsabilidad/responsabilidad.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/induemp/induemp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/quentend/quentend.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/recibas/recibas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos910/comunidades-de-hombres/comunidades-de-hombres.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/epistemologia2/epistemologia2.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/ciencia-y-tecnologia/ciencia-y-tecnologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/costo/costo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/costosbanc/costosbanc.shtml#MATERhttp://www.monografias.com/trabajos10/fciencia/fciencia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/fundamento-ontologico/fundamento-ontologico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos33/responsabilidad/responsabilidad.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/induemp/induemp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/quentend/quentend.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/recibas/recibas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos910/comunidades-de-hombres/comunidades-de-hombres.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/epistemologia2/epistemologia2.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/ciencia-y-tecnologia/ciencia-y-tecnologia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/costo/costo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/costosbanc/costosbanc.shtml#MATERhttp://www.monografias.com/trabajos10/fciencia/fciencia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/fundamento-ontologico/fundamento-ontologico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
3/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
fabricados a base de materiales , estos se encuentran en cualquier parte alrededor
nuestro .Los ms comnmente encontrados son madera , hormign , ladrillo ,
acero , plstico , vidrio , caucho , aluminio , cobre y papel . Existen muchos ms
tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta deello. Debido al progreso de los
programas de investigacin y desarrollo , se estn creando continuamente nuevos
materiales.
La produccin de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en
productos acabados, constituyen una parte importante de nuestra economa
actual. Los ingenieros disean la mayora de los productos facturados y los
procesos necesarios para su fabricacin. Puesto que la produccin necesitamateriales, los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de
los materiales, de modo que sean capaces de seleccionar el ms adecuado para
cada aplicacin y tambin capaces de desarrollar los mejores mtodos de
procesado.
Los ingenieros especializados en investigacin trabajan para crear nuevos
materiales o para modificar las propiedades de los ya existentes. Los ingenieros
de diseo usan los materiales ya existentes, los modificados o los nuevos para
disear o crear nuevos productos y sistemas . Algunas veces el problema surge
de modo inverso: los ingenieros de diseo tienen dificultades en un diseo y
requieren que sea creado un nuevo material por parte de los cientficos
investigadores e ingenieros.
La bsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los
ingenieros mecnicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que
los motores de reaccin puedan funcionar ms eficientemente. Los ingenieros
elctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los
dispositivos electrnicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas.
TIPOS DE MATERIALES
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos15/transformacion-madera/transformacion-madera.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/caucho-sbr/caucho-sbr.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#ALUMINhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/Computacion/Programacion/http://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/produccion-sistema-economico/produccion-sistema-economico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/resumen-economia/resumen-economia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/transformacion-madera/transformacion-madera.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/caucho-sbr/caucho-sbr.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#ALUMINhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/Computacion/Programacion/http://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/produccion-sistema-economico/produccion-sistema-economico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/resumen-economia/resumen-economia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
4/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Por conveniencia la mayora de los materiales de la ingeniera estn divididos en
tres grupos principales materiales metlicos, polimricos, y cermicos
MATERIALES METALICOS
Estos materiales son sustancias inorgnicas que estn compuestas de uno o ms
elementos metlicos, pudiendo contener tambin algunos elementos no metlicos,
ejemplo de elementos metlicos son hierro cobre, aluminio, nquel y titanio
mientras que como elementos no metlicos podramos mencionar al carbono.
Los materiales de cermica , como los ladrillos , el vidrio la loza , los ailantos y los
abrasivos , tienen escasas conductividad tanto elctrica como trmica y aunque
pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad ,
confortabilidad y resistencia al impacto..
Polmeros , en estos se incluyen el caucho (el hule), los plsticos y muchos tipos
de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de
molculas orgnicas obtenidas del petrleo o productos agrcolas.
Fases componentes de un slido desde su estructura intermolecular
Una sustancia pura como el agua puede existir en las fases slido, lquido y gas,
dependiendo de las condiciones de temperatura y presin. Un ejemplo familiar
para todos de dos fases de una sustancia pura en equilibrio es un vaso de agua
con cubos de hielo. En este caso el agua, slida y liquida, da lugar a dos fases
distintas separadas por una fase limite, la superficie de los cubos de hielo. Durante
la ebullicin del agua, el agua lquida y el agua vapor son dos fases en equilibrio.
Una representacin de las fases acuosas que existen bajo diferentes condiciones
de presin y temperatura se muestra en la
En el diagrama de fases presin-temperatura (PT} del agua existe un punto triple a
baja presin (4579 torr) y baja temperatura (0,0098 0C) donde las fases slida,liquida y gaseosa coexisten. Las fases liquidan y gaseosa existen a lo largo de la
lnea de vaporizacin y las fases lquida y slida a lo largo de la lnea de
congelacin, como se muestra en la Figura 8.1. Estas lneas son lneas de
equilibrio entre dos fases.
El diagrama de fases en equilibrio (PT) se puede construir tambin para otras
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos11/grupo/grupo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/ciclos-quimicos/ciclos-quimicos.shtml#carhttp://www.monografias.com/trabajos14/ladrillocolomb/ladrillocolomb.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/polim/polim.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/grupo/grupo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/ciclos-quimicos/ciclos-quimicos.shtml#carhttp://www.monografias.com/trabajos14/ladrillocolomb/ladrillocolomb.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/polim/polim.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
5/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
sustancias puras. Por ejemplo, el diagrama de fases de equilibrio PT del hierro
puro se muestra en la Figura 8.2. Una diferencia fundamental de este diagrama de
fases es que tiene tres fases slidas distintas y separadas: Fe alfa (~, Fe gamma
(y) y Fe delta (~).El hierro ~ y
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
6/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
fabricar acero calentando hierro forjado y carbn vegetal en recipientes de arcilla
durante varios das, con lo que el hierro absorba suficiente carbono para
convertirse en acero.
Despus del siglo XIV se aument el tamao de los hornos utilizados para la
fundicin y se increment el tiro para forzar el paso de los gases de combustin
por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamao el
mineral de hierro de la parte superior del horno se reduca a hierro metlico y a
continuacin absorba ms carbono como resultado de los gases que lo
atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleacin que
funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se
refinaba despus para fabricar acero. La produccin moderna de arrabio empleaaltos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El
proceso de refinado del arrabio para la produccin de acero mediante chorros de
aire se debe al inventor britnico Henry Bessemer, que en 1855 desarroll el
horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la dcada de 1960 funcionan
varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a partir de
chatarra.
Las aleaciones de hierro y carbono -aceros y fundiciones- son las aleaciones
metlicas ms importantes de la civilizacin actual. Por su volumen, la produccin
de fundicin y de acero supera en ms de diez veces la produccin de todos los
dems metales juntos. Corrientemente se da el nombre de acero y fundicin, a las
aleaciones hierro - carbono (si tienen ms del 2% de C son fundiciones y si tienen
menos del 2% de C son aceros). El hierro forma soluciones con muchos
elementos: con los metales, soluciones por sustitucin, con el carbono, nitrgeno e
hidrgeno, soluciones por insercin.
La solubilidad del carbono en el hierro depende de la forma cristalogrfica en que
se encuentra el hierro. La solubilidad del carbono en el hierro ( cbica de cuerpo
centrado) es menor que el 0,02% y en el hierro (cbica da caras centradas) es
hasta el 2%.
Se distinguen tres grupos de aceros al carbono: eutectoides, que contienen cerca
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml#teohttp://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/soluciones/soluciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/hidrogeno/hidrogeno.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml#teohttp://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/soluciones/soluciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/hidrogeno/hidrogeno.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
7/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
de un 0,8% de C, cuya estructura est constituida nicamente por perlita:
Hipoeutectoides, que contienen menos del 0,8% de C, con estructura formada por
ferrita y perlita; e Hipereutectoides, que contienen del 0,8 al 2% de C y cuya
estructura consta de perlita y cementita.
MICROESTRUCTURAS DE LOS ACEROS
Los constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros al carbono
son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez
austenita, aunque nunca como nico constituyente. Tambin pueden estar
presentes constituyentes no metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y
aluminatos.
El anlisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y
fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-
carburo de hierro o Cementita.
DIAGRAMA Fe - C
Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al
carbono son:
FERRITA
Es una solucin slida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura
ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro
puro, la mxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 C.
Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita
La ferrita es la fase ms blanda y dctil de los aceros, cristaliza en la red cbica
centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la
traccin de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se
observa al microscopio como granos poligonales claros.
En los accesos, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de
perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que
limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o
bandas circulares orientados en la direccin de los planos cristalogrficos de la
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos15/medio-ambiente-venezuela/medio-ambiente-venezuela.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/micro/micro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/medio-ambiente-venezuela/medio-ambiente-venezuela.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/micro/micro.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
8/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido
sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten.
La ferrita tambin aparece como elemento eutectoide de la perlita formando
lminas paralelas separadas por otras lminas de cementita, en la estructuraglobular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los
glbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides templados, puede
aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.
CEMENTITA
Es el carburo de hierro de frmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro,
es el microconstituyente ms duro y frgil de los aceros al carbono, alcanzando
una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red ortormbica.
Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementita
En las probetas atacadas con cidos se observa de un blanco brillante y aparece
como cementita primaria o proeutctica en los aceros con ms de 0.9%C
formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita
como lminas paralelas separadas por otras lminas de ferrita, se presenta en
forma de glbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros
de alto carbono se han sometido a un recocido de globulizacin, en los aceros
hipoeutectoides que no han sido bien templados.
PERLITA
Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y
cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8
%C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la traccin de 80 kg/mm2 y un
alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere
al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el
enfriamiento lento de la austenita y por la transformacin isotrmica de la austenita
en el rango de 650 a 723C.
Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de perlita
Si el enfriamiento es rpido (100-200C/seg.), la estructura es poco definida y se
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos11/contrest/contrest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/macroecon/macroecon.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/contrest/contrest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/macroecon/macroecon.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
9/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura
prxima a 723C, la cementita adopta la forma de glbulos incrustados en la masa
de ferrita, denominndose perlita globular.
AUSTENITA
Es el constituyente ms denso de los aceros y est formado por una solucin
slida por insercin de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto,
vara de 0.8 al 2 % C que es la mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C.
La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros
al cromo-nquel denominados austenticos cuya estructura es austenita a
temperatura ambiente.
La austenita est formada por cristales cbicos centrados en las caras, con unadureza de 300 Brinell, una resistencia a la traccin de 100 kg/mm2 y un
alargamiento del 30 %, no es magntica.
MICROESTRUCTURA DE LA AUSTENITA
La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina
apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer
junto con la martensita en los aceros templados.
MARTENSITA
Es el constituyente de los aceros templados, est conformado por una solucin
slida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por
enfriamiento rpido de los aceros desde su estado austentico a altas
temperaturas.
El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de
carbono, sus propiedades fsicas varan con su contenido en carbono hasta un
mximo de 0.7 %C.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
10/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
MICROESTRUCTURA DE LA MARTENSITA
La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la traccin de 170 a
250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frgil y presenta un aspecto
acicular formando grupos en zigzag con ngulos de 60 grados.Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frgiles, inconveniente
que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una
temperatura inferior a la crtica inferior (727C), dependiendo de la dureza que se
desee obtener, enfrindolo luego al aire o en cualquier medio.
TROOSTITA
Es un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de
la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crtica detemple o por transformacin isotrmica de la austenita en el rango de temperatura
de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.
Sus propiedades fsicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una
dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la traccin de 140 a 175 kg/mm2 y
un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura
radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompaando a la
martensita y a la austenita
SORBITA
Es tambin un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de
la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crtica de
temple o por transformacin isotrmica de la austenita en la zona de 600 a 650%,
o por revenido a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su
resistencia a la traccin es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al
20%.
Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con
1000X toma la forma de ndulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, figura 16;
de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de
grano muy fino.
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos901/praxis-critica-tesis-doctoral-marx/praxis-critica-tesis-doctoral-marx.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos901/praxis-critica-tesis-doctoral-marx/praxis-critica-tesis-doctoral-marx.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
11/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
BAINITA
Es el constituyente que se obtiene en la transformacin isotrmica de la austenita
cuando la temperatura del bao de enfriamiento es de 250 a 500C. Se diferencian
dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a500-580C, compuesta por una matriz ferrtica conteniendo carburos. Bainita
inferior, formada a 250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y
constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de
carburos.
La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las
correspondientes a la perlita y a la martensita.
Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismosde los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser nico contituyente y
adems pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos.
La determinacin del tamao de grano austentico o ferrtico, puede hacerse por la
norma ASTM o por comparacin de la microfotografas de la probeta a 100X, con
las retculas patrn numeradas desde el 1 para el grano ms grueso hasta el 8
para el grano ms fino.
En el sistema ASTM el grosor del grano austenitico se indica con un nmero
convencional n, de acuerdo con la formula:
logG=(n-1)log2
Donde G es el nmero de granos por pulgada cuadrada sobre una imagen
obtenida a 100 aumentos; este mtodo se aplica a metales que han recristalizado
completamente, n es el nmero de tamao de grano de uno a ocho.
Forma, tamao y distribucin de los cristales o granos en la microestructura del
acero para comparacin a 100X
Cualquier proceso de produccin de acero a partir del Arrabio consiste en quemar
el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro.
Una dificultad para la fabricacin del acero es su elevado punto de fusin, 1.400C
aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales.
Para superar esta dificultad, se han desarrollado 3 importantes tipos de hornos
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos7/imco/imco.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/imco/imco.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
12/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
para el refinamiento del Acero, en cada uno de estos procesos el oxgeno se
combina con las impurezas y el carbono en el metal fundido. El oxgeno puede
introducirse directamente mediante presin dentro o sobre la carga a travs del
oxgeno en el aire, o en forma de xidos de hierro o herrumbre en la chatarra. Estooxidar algunas impurezas, las que se perdern como gases, mientras otras
impurezas reaccionarn con la piedra caliza fundida para formar una escoria que
ser colada posteriormente.
ESFUERZOS
INTRODUCCIN:
En esta exposicin se hablara de algunos conceptos bsicos previos al tema deEsfuerzos Combinados. En esta primera parte se hablara de los siguientes
conceptos:
Esfuerzo: caracteriza la intensidad de las fuerzas que causan el estiramiento,
aplastamiento o torsin, generalmente con base en una "fuerza por unidad de
rea".
Deformacin: describe el cambiode forma resultante.
Ley de Hooke: La deformacin es proporcional a la fuerza aplicada, y se calcula:
Esfuerzo / Deformacin = Mdulo de Elasticidad
Tensin: Cuando sobre un elemento acta una fuerza externa perpendicular a su
seccin transversal, el efecto que produce es un alargamiento longitudinal al que
se le asocia una disminucin en la seccin transversal.
Esfuerzo de tensin: en la seccin transversal como el cociente de la fuerza
(perpendicular) y el rea de la seccin:
Esfuerzo de tensin = F / A.
Deformacin por tensin: El cambio fraccionario de la longitud (estiramiento) de
un cuerpo sometido a esfuerzo de tensin.
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos14/falta-oxigeno/falta-oxigeno.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/expo/expo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos55/investigacion-sobre-torsion/investigacion-sobre-torsion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos55/investigacion-sobre-torsion/investigacion-sobre-torsion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/falta-oxigeno/falta-oxigeno.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/expo/expo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos55/investigacion-sobre-torsion/investigacion-sobre-torsion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
13/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Teora y procedimiento
Existen varios caos prcticos que implican esfuerzos combinados que se pueden
resolver sin recurrir a los procedimientosms rigurosos y tardados.
Procedimiento.
Dibujardiagrama y calcular la magnitud de las fuerzas.
Calcular esfuerzos.
Por medio de los esfuerzos flexionantes, determinar los momentos
flexionantes causado por estos esfuerzos.
Para las zonas sometidas a momentos flexionantes mximo, calcular el
esfuerzo flexionante por medio de = M/S. El momento ser la fibra msalejada . Calcular todos estos.
Suponer por medio de la superposicin los combinados teniendo en
cuenta su sentido.
comb= + F/A + M/S
Distribucin de esfuerzos.
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
14/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Estado de esfuerzos: Punto para fines de anlisis mecnicos, se considera un
cubo (el cuadrado), esta representando el esfuerzo al que se somete en forma
tridimensional, en el plano un cuadrado .
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml#ANALIThttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml#ANALIT7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
15/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Distribucin de esfuerzos.
Estado esfuerzos
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
16/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Esfuerzo de flexin
Distribucin de esfuerzo normal por flexin
Estado de esfuerzos.
Esfuerzo cortante por flexin.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
17/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Estado de esfuerzos.
Ejemplos
Estado de esfuerzos de una flecha.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
18/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Diagrama de estados de esfuerzos
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
19/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
20/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
ECUACIN PARA DETERMINAR ESFUERZOS EN CUALQUIER
DIRECCIN.
En general cuando hablamos de un esfuerzo combinado se refiere a los casos en
que 2 o ms tipos de esfuerzos actan en un punto dado al mismo tiempo. Los
esfuerzos pueden ser nomrales (tensin o compresin) o esfuerzos cortantes.
Elemento sometido a esfuerzo completo.
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
21/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Esfuerzo normal en la direccin de u (u)
u= (x + y) + cos 2 -xysen
Esfuerzo cortante que acta en la cara del elemento
uv= - (x - y) sen - xycos
= tan-1 [-xy / (x - y)]
ngulo que localice el esfuerzo principal mximo o sea
u = max = 1
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
22/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
ngulo que localice el esfuerzo cortante mximo uv= max
= tan-1 [ (x - y) / xy]
Ejemplo
Para el estado de esfuerzos mostrado (cuadro elemental) .Calcular los esfuerzos
principales, esfuerzo cortante mximo y direcciones de los mismos, muestre los
resultados en cuadros elementales respectivos.
I Cuadro elemental
II Aplicar las frmulas
III Obtencin de direccin de esfuerzos.
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
23/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
b) Verificacin de la direccin 2
u = (x+y) + (x-y)cos 2 - xysen2
u = (400-300) + [400-(-300)]cos 29.74 - 200sen29.74
y = 50+350(0.8)+99.08=453.83
= 29.74/2 = 14.87
1= 453.11
c) 1= 353.11 MPa = 2= 90-14.87= 75.13
22= 151
|1| +|2| =90
1+2 = x+y
453.11 + (-353.11) = 400 + (-300)
100=100
d) = tan-1 [ (x+y) / xy]=
2= tan-1[ (x+y) / 2xy]= tan-1 [ 400 (-300) / 2(-200)]
21= 60.25 1= 30.127
a. uv = [400-(300)] sen 60.25- 200cos60.25
uv = (-303.86) + (-99.01) = -403.11MPa
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
24/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
b. uv = (x-y) sen21- xycos
c. = -403.11
1= 30.127
211= 30.127 + 90 = 120.12
|2| +|21| + |21| +|22| = 29 + 151+ 60.25+120.12= 360.37
a.
b. Esfuerzos principales
c. Esfuerzo cortante mximo
d. Esfuerzo promedio
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
25/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
prom= x+y/2 = (400-300)/2 = 50MPa
MTODO GRFICO PARA LA OBTENCIN DE ESFUERZOS.
Pasos para el crculo de Mohr
Obtener las coordenadas de los puntos "x" y "y"
x(x,xy) Dependiendo si estn en tensin o compresin
y(y,yx)
Trazar los ejes eje horizontal y eje vertical ubicados estratgicamente. Localizar los puntos "x" y "y" en el plano eligiendo una escala adecuada.
Unir los puntos "x" y "y" con una lnea recta.
Trazar el crculo de Mohr con un comps haciendo centro en el punto de
interseccin del eje con la lnea que une los punto "x" y "y"
Localizar todos los punto localizados en la figura obtener sus valores
grficamente.
Ejemplo
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evohttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evohttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
26/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Para el estado de esfuerzos mostrado (cuadro elemental) .Calcular los esfuerzos
principales, esfuerzo cortante mximo y direcciones de los mismos, muestre los
resultados en cuadros elementales respectivos.
Calcular por el mtodo grfico
MTODO SEMIGRFICO DE OBTENCIN DE ESFUERZOS.
Pasos para resolver un problema.
Obtener las coordenadas de los puntos "x" y "y"
x(x,xy) = x ( , )
y(y,yx) = y ( , )
Trazar el crculo de Mohr.
-Trazar ejes y ubicando adecuadamente el eje ya que el esfuerzo conviene
colocarlo a la mitad.
-Escogiendo una escala adecuada ubicar los puntos "x" y "y"
-Unir los puntos
-Trazar el crculo haciendo crculo en la interseccin. Localizar los puntos y zonas
de inters.
Calcular los esfuerzos 1,2. max
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/tain/tain.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/tain/tain.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
27/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
o Por medio del tringulo originado en el crculo de Mohr cuya
hipotenusa es el eje x
Caso especial de esfuerzos en el mismo cuadrante
Pasos para resolverlos
Obtenerx , y, xy
Establecer los puntos x( , ) y( , ) Trazar el cruclo de Mohr
Ubicando los ejes y
Ubicar puntos "x" y "y"
Trazar la lnea que los une
Trazar el crculo C1 y ubicar 1 2 donde 1 ser ms positivo y 2 ms
negativo
Trazar C2 haciendo centro en las coordenadas (2/2 1/ 2 ) (2 /2, 0) siel C1 si el queda en la parte positiva del eje (-2 /2, 0) si el C1 queda en la
parte negativa del eje
Trazar C3 haciendo centro en
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
28/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
(1/2, 0), si el C1 queda en la parte positiva del eje
(3/2, 0), si el C1 queda en la parte negativa del eje
Ubicar los puntos principales Calcular esfuerzos
Resolviendo el tringulo
Clculo de esfuerzos
__ _
1 = OC1 + C1x
__ _
2 = OC1 - C1x
3 = 0
max = 1 /2
max = (1 2 )/2
Ejemplo
Para el estado de esfuerzos mostrado (cuadro elemental) .Calcular los esfuerzos
principales, esfuerzo cortante mximo y direcciones de los mismos, muestre los
resultados en cuadros elementales respectivos.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
29/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Calcular por el mtodo grfico
CASO ESPECIAL DE ESFUERZOS COMBINADOS.
Teora
La primera combinacin a considerar es la flexin con tensin o compresin
directa. En cualquierproblemas de esfuerzo combinado conviene visualizar la
distribucin del esfuerzo producido por diversos componentes del patrn del
esfuerzo total.
Ejemplos
Se utiliza un tubo de acero cedula 40 de 2 in como soporte de un tablero de
baloncesto como se muestra en la figura. Esta firmemente afianzado en el suelo.
Calcule el esfuerzo que se desarrollara en el tubo si un jugador de 230lb se
cuelga de la base de la canasta.
PROCESOS INDUSTRIALES I
http://www.monografias.com/trabajos15/calidad-serv/calidad-serv.shtml#PLANThttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/trabajos34/ensenar-baloncesto/ensenar-baloncesto.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/calidad-serv/calidad-serv.shtml#PLANThttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/trabajos34/ensenar-baloncesto/ensenar-baloncesto.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtml7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
30/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
MODULO DE ELASTICIDAD
El mdulo de elasticidad, tambin denominado mdulo de Young, es un
parmetro que se obtiene empricamente a partir de un ensayo denominado
ensayo a traccin.
En caso de que tengamos un material elstico lineal e istropo, el mdulo
de Young calculado en el ensayo a traccin tambin resulta vlido para los casos
en que haya compresin.
El ensayo a traccin estudia el comportamiento de un material sometido a
un esfuerzo de traccin progresivamente creciente, ejercido por una maquinaapropiada, hasta conseguir la rotura. El ensayo se efecta sobre una probeta
normalizada, marcada con trazos de referencia, para poder determinar las
deformaciones en funcin de los esfuerzos. Los esfuerzos se definen como:
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
31/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
siendo P la carga aplicada sobre la probeta, con un rea transversal inicial A 0.
Mientras que las deformaciones las definimos como:
con , siendo l la longitud correspondiente a una carga determinada y l0
la longitud inicial (sin carga).
A partir de los ensayos de traccin se obtienen las curvas tensin
deformacin de los distintos materiales. En dichas curvas se representan los
valores obtenidos de los alargamientos frente a los esfuerzos aplicados. Las
curvas, en el caso de materiales dctiles, suelen tomar un aspecto similar a este:
Se distinguen cuatro zonas:
Zona 1: Deformacin Elstica
Zona 2: Fluencia
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
32/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Zona 3: Deformacin Plstica
Zona 4: Estriccin
En nuestro estudio sobre el mdulo elstico nos centraremos en la zona 1. En
esta zona, si se retirase la carga el material volvera a su longitud inicial. Adems
las tensiones son proporcionales a los alargamientos unitarios y esto se expresa
con una ecuacin analtica que constituye la ley de Hooke:
donde representa la tensin normal, las deformaciones unitarias y E el mdulo
de elasticidad.
Por tanto, podemos definir el mdulo de elasticidad como la pendiente de la curva
tensin-deformacin en la zona elstica (zona 1). Es, por tanto, una medida de la
rigidez del material, esto es su resistencia a la deformacin elstica. El modulo de
Young es diferente para cada material. En esta tabla se recogen los valores de los
materiales de mayor utilizacin:
Material E(GPa)Cuarzo 310
Acero
inoxidable200
Cobre 110-120Bronce 110Latn 105
Aluminio 70
Granito 50Hormign 25-30
Madera 11-14
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
33/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
VARIACIONES EN EL MDULO DE ELASTICIDAD
TEMPERATURA:
El mdulo de elasticidad decrece al incrementarse la temperatura, ya que la
expansin trmica reduce el valor de (F: fuerza aplicada al material; a: rea
transversal del material), haciendo disminuir por tanto el mdulo de elasticidad.
En la siguiente grfica se puede ver este efecto en cuatro metales
comunes, hierro, cobre, aluminio y magnesio:
DIRECCIN CRISTALOGRFICA:
Los mdulos elsticos no son isotrpicos dentro de los materiales, es decir,
varan con la orientacin cristalogrfica. Esto es debido a la relacin entre el
mdulo elstico y la energa de enlace. As tenemos:
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
34/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Metal Pb - FCC 27.6 6.9
Al - FCC 75.9 62.1Au - FCC 110 41.1
Fe - BCC 283 130
TRATAMIENTO TRMICO:
El mdulo elstico tambin vara, aunque en menor medida, con el tratamiento
trmico aplicado en porcentajes que oscilan entre un 1 a 6 % respecto de los
valores originales. As para un acero de alto contenido en carbono el mdulo
de Young del material recocido es de 210 GPa mientras que para el mismo
material endurecido es de 201 GPa.
En el caso de que la curva tensin deformacin no presente un tramo
rectilneo, ya no se puede calcular el mdulo de elasticidad del modo que hemos
explicado. Este es el caso de materiales como las fundiciones grises, en los que el
porcentaje de elongacin es pequeo y la reduccin de rea es inapreciable.
Los mtodos usuales son determinar el mdulo relativo al 25% de la resistencia
tensil esperada o el mdulo tangente trazando una lnea tangente a algn valor
de esfuerzo dado.
MEDIDA DEL MODULO DE YOUNG
En esta experiencia simulada, se va a medir el mdulo de elasticidad de un hilo deun metro de longitud, de seccin circular cuyo radio en mm podemos modificar.
MDULO DE ELASTICIDAD
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
35/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Un hilo metlico sometido a un esfuerzo de traccin sufre una deformacin que
consiste en el aumento de longitud y en una contraccin de su seccin.
Supondremos que el aumento de longitud es el efecto dominante, sobre todo en
hilos largos y de pequea seccin. Estudiaremos el comportamiento elstico de
los hilos, aqul en el que existe una relacin de proporcionalidad entre la fuerza F
aplicada al hilo y el incremento DL de su longitud o bien, entre el esfuerzo F/S y la
deformacin unitaria DL/L0.
Donde S es la seccin del hilo S=p r2, y Y es una constante de proporcionalidad
caracterstica de cada material que se denomina mdulo de elasticidad o mdulo
de Young.
Metal Mdulo de Young, Y1010 N/m2
Cobre estirado en
fro
12.7
Cobre, fundicin 8.2
Cobre laminado 10.8
Aluminio 6.3-7.0Acero al carbono 19.5-20.5
Acero aleado 20.6
Acero, fundicin 17.0
Cinc laminado 8.2
Latn estirado en
fro
8.9-9.7
Latn naval
laminado
9.8
Bronce de aluminio 10.3
Titanio 11.6
Nquel 20.4
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
36/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Plata 8.27
Representando el esfuerzo en funcin de la deformacin unitaria para un metal
obtenemos una curva caracterstica semejante a la que se muestra en la figura.
Durante la primera parte de la curva, el esfuerzo es proporcional a la deformacin
unitaria, estamos en la regin elstica. Cuando se disminuye el esfuerzo, el
material vuelve a su longitud inicial. La lnea recta termina en un punto
denominado lmite elstico.
Si se sigue aumentando el esfuerzo la deformacin unitaria aumenta rpidamente,
pero al reducir el esfuerzo, el material no recobra su longitud inicial. La longitud
que corresponde a un esfuerzo nulo es ahora mayor que la inicial L0, y se dice
que el material ha adquirido una deformacin permanente.
El material se deforma hasta un mximo, denominado punto de ruptura. Entre el
lmite de la deformacin elstica y el punto de ruptura tiene lugar la deformacinplstica.
Si entre el lmite de la regin elstica y el punto de ruptura tiene lugar una gran
deformacin plstica el material se denomina dctil. Sin embargo, si la ruptura
ocurre poco despus del lmite elstico el material se denomina frgil.
La falta de coincidencia de las curvas de incremento y disminucin del esfuerzo se
denomina histresis elstica. Un comportamiento anlogo se encuentra en lassustancias magnticas.
Puede demostrarse que el rea encerrada por ambas curvas es proporcional a la
energa disipada en el interior del material elstico. La gran histresis elstica de
algunas gomas las hace especialmente apropiadas para absorber las vibraciones.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
37/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
MEDIDA DEL MDULO DE ELASTICIDAD
Al poner pesas sobre el extremo libre del hilo, el alambre se alarga y la polea gira
un ngulo igual a DL/r. Siendo r el radio de la polea.
Como el alargamiento DL es pequeo, se puede medir mediante una aguja
indicadora que marca sobre un sector circular cuyo radio es R=10r veces el radio
de la polea.
TEMPERATURA
1. La temperatura y su medicin
o La temperatura: es una magnitud que indica el grado de agitacin
de las molculas de una sustancia; se asocia con la energa cintica promedio
de las molculas.
o El concepto de temperatura es fundamental en el estudio del calor
que a su vez se relaciona con el ESTADO TERMICO . Existen diversos
estados trmicos, muy frios, tibios, caliente, muy caliente.
2. Equilibrio trmico
o En la definicin de calor, dice que el cuerpos transferir energa
hasta que estn a la misma temperatura. A esto se le llama equilibrio trmico.
o Dos sistemas en diferentes estados trmicos, aislados del
ambiente, puestos en contacto, alcanzan finalmente el estado de equilibrio
trmico entre ellos.
3. Temperatura
o Es la magnitud fsica que describe cuantitativamente el estado
trmico de los sistemas.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
38/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
o Cmo definir un instrumento que permita asignar, independiente
del observador, valores numricos a los distintos estados trmicos de los
cuerpos
o Se utiliza como instrumento el termmetro y la escala
termomtrica , que asocia valores distintos y nico a cada estado trmico.
4. Diferentes escalas de temperatura, las escalas termomtricas.
o Se han definido escalas de temperatura por diferentes criterios, las
escalas ms utilizadas son las de Celsius, la de Kelvin y Fahrenheit.
o
La escala ms usada es la Celsius, en donde se asigna el cero altemperatura que se congela el agua y el 100 a la T a la cual hierve el agua.
o El intervalo entre el punto de congelacin y ebullicin del agua, se
divide en 100 partes iguales, llamadas grados. La unidad se llama grado
Celsius o grado centgrado C.
5. Escala Fahrenheit y Kelvin
o La escala Fahrenheit es de uso comn en estados unidos, dondeel numero 32 es la temperatura de congelacin del agua y el numero 212 s la
temperatura de ebullicin del agua.
o Escala Kelvin: empleada como unidad oficial en el sistema
internacional de medida y es e uso cientfico. Sus grados son del mismo
tamao que los C, llamados K.
6. Escala Kelvin
o El nmero 0 se asignan a la temperatura ms baja posible: Cero
Absoluto. A esta temperatura las sustancias ya no tienen energa cintica que
ceder. Y este corresponde en la escala Celsius a -273C.
o Formula para pasar de C a K
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
39/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
o T(K) = T(C) + 273,15
7. Actividad, conversin de escalas de temperatura. Sistema Temperatura (K)
Temperatura (C) Filamento de una ampolleta comn 2500 Record de la T ms
alta (Libia) 58 Record de la T ms baja (Antrtica) -89 T media del cuerpo
humano Cero absoluto 0,00 T media de la superficie de la tierra 15 T media del
universo 2,7 T media de la superficie de Venus 460
8. Temperatura y modelo cintico molecular de la materia.
o La materia se compone de muchas molculas, estas molculas
estn en constante movimiento, o sea, chocan unas contra otras.
o Los fenmenos trmicos tiene su origen en l estructura atmica de
la materia, en el caso del agua, debido a estos cambios en la estructura
de la molcula de agua, hay cambios de fase.
9. Slidos, Lquidos y gaseosos
o Slidos: Las partculas al estar muy juntas, oscilan en su posicin
de equilibrio.
o Lquidos: Su estructura interna es mas complicada que en los
slidos, porque las molculas tienen variados movimientos.
o Gases: Las partculas se encuentran tan alejadas que casi no
actan entre s. Estas molculas se mueven por si solas.
10. Dilatacin de la materia.
o Cuando la temperatura de una sustancia aumenta, sus molculasse agitan ms aprisa y normalmente tienden a separarse, esto da resultado a
la dilatacin trmica.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
40/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
o En general para presiones y cambios de temperatura comparables
los gases se expanden y se contraen muchos ms que los lquidos o los
slidos.
o En la construccin de puentes o de carreteras los ingenieros
calculan cuanto se puede dilatar la estructura a consecuencia de la dilatacin
del material y dejan pequeos espacios para evitar daos y grietas.
11. Resumen del contenido: La temperatura
o La temperatura es una magnitud que indica el grado de agitacin
de las molculas de una sustancia, se asocia con la energa cintica de las
molculas.
o Dos cuerpos estn en equilibrio entre si cuando tienen la misma
temperatura.
o El termmetro es un instrumento que permite medir la temperatura
de un cuerpo.
o Entre dos cuerpos en contacto cuyas temperaturas son diferentes,
se trasmite el calor desde el que tiene mayor temperatura al de menor
temperatura.
o La materia tiene a dilatarse cuando se calienta y a contraerse
cuando se enfra.
o El agua presenta un comportamiento poco comn, debido a a que
se contrae al subir T de 0C a 4C y su forma solidad el hielo es menos
denso que el estado liquido.
12. Contenido: Materiales, calor y energa.
13. calor
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
41/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
14. El CALOR siempre fluye de los cuerpos de m s a los cuerpos de menos
TEMPERATURA. calor
15. La cantidad necesaria de CALOR para subir la temperatura de 1 gramo de
agua en 1C (de 14,5 a 15,5C, a presin atmosfrica). Una CALORA es.... calor
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL COMPORTAMIENTO
MECNICO DE LOS METALES
Los aspectos ms importantes en el comportamiento mecnico de los metales
son:
1. La ductilidad, que es la propiedad de soportar grandes deformacionesplsticas para producir piezas tiles,
2. La resistencia mecnica, que es responsable de que los metales soporten
grandes esfuerzos sin romperse.
Ambas propiedades son fuertemente dependientes de la temperatura a la cual se
realiza la prueba.
En general la resistencia disminuye y la ductilidad se incrementa al aumentar la
temperatura de prueba,
Al incrementarse la temperatura se produce generacin de nuevos sistemas de
deslizamiento y la operacin de otros mecanismos de deformacin como el
deslizamiento de bordes de grano a altas temperaturas, que disminuyen el
endurecimiento por deformacin. El esfuerzo de fluencia del Al-3.2%
Mg (estructura cbica centrada en las caras) disminuye ligeramente de -200 a
-100C, posteriormente muestra un rango de estabilidad hasta aproximadamente
150C y despus disminuye continuamente
Resistencia a la traccin, Temperatura, F hasta la temperatura de fusin. Laductilidad disminuye hasta un mnimo, despus se incrementa, justo antes del
punto de fusin presenta una prdida abrupta de ductilidad por la fusin local de
regiones con impurezas, generalmente lmites de grano, sto se conoce como .Hot
shortness. o .Fragilidad en caliente
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
42/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Por debajo de la temperatura ambiente, se observa una regin de muy baja
ductilidad, debido a la transicin dctil-frgil que se presenta de -250 a -150C
dependiendo de la composicin, tamao de grano y mtodo de prueba. De 150 a
300C la ductilidad cae por la .fragilidad en azul. o anclamiento de lasdislocaciones por tomos de carbn, nitrgeno, etc.; se observa una estructura
celular diferente que generalmente tiene muy alta densidad de dislocaciones
enmaraadas. Despus se incrementa la ductilidad con la temperatura pero,
cuando el hierro BCC se transforma a FCC, disminuye la ductilidad y se
incrementa la resistencia, debido a la falta de movilidad de los tomos de hierro al
formar la estructura FCC y a la disminucin del nmero de sistemas de
deslizamiento, de 48 (BCC) a 12 (FCC). Cuando el hierro FCC se transforma ahierro delta, se invierte la situacin y la ductilidad aumenta.
En los metales cbicos centrados en las caras las opiniones no son concordantes.
Dice que el esfuerzo de fluencia no es fuertemente dependiente de la temperatura
pero el coeficiente de endurecimiento por deformacin disminuye al aumentar la
temperatura. Esto resulta en un aplanamiento de la curva tensin-deformacin con
el incremento de temperatura y, entonces, la resistencia a la traccin es ms
dependiente de la temperatura que el esfuerzo de fluencia. Prcticamente todos
los metales y aleaciones muestran una regin de temperatura intermedia de
ductilidad mnima. Para las aleaciones base nquel, se presenta por debajo de la
temperatura de recristalizacin. Al aumentar la temperatura, despus de la
recristalizacin, se incrementa la ductilidad.
TEMPERATURA HOMLOGA
Para comparar las propiedades mecnicas de diferentes materiales a varias
temperaturas se utiliza la temperatura homloga, que relaciona la temperaturade prueba con la de fusin, ambas expresadas
en grados Kelvin.
Cuando se comparen los esfuerzos de fluencia de dos materiales a una
temperatura homloga equivalente, es recomendable corregir el efecto de la
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
43/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
temperatura en el mdulo de Young comparando relaciones de lE en vez de
relaciones simples de esfuerzos de fluencia.
RANGOS DE TEMPERATURAS EN LA DEFORMACINNo existe una ecuacin del tipo: ep = f(o, T, t estructura). Sin embargo, es
posible describir cualitativamente el comportamiento de los metales de acuerdo a
los mecanismos de endurecimiento o ablandamiento que puedan actuar a
diferentes temperaturas. Se pueden definir los rangos de temperaturas en el
comportamiento mecnico como:
T. HOMLOGA CARACTERSTICASFragilidad a baja temperatura
Temperatura de transicin
Deformacin en fro
Temperatura de recristalizacin
Deformacin en tibio
Deformacin en caliente
FUSIN DEL METAL
Para el conformado de metales los rangos de deformacin interesantes son en fro
y caliente.
FRAGILIDAD A BAJA TEMPERATURA
Los metales con estructura cbica centrada en el cuerpo y hexagonal compacta
presentan casi siempre una transicin abrupta en su comportamiento mecnico.Por encima de un cierto rango de temperaturas son dctiles y frgiles a
temperaturas inferiores. Se presenta lo que se denomina temperatura de
transicin dctil-frgil. Esta temperatura oscila entre 0.1 y 0.2 TH. En la Fig. 2 se
muestra uno de los 2751 barcos Liberty (usados durante la segunda guerra
mundial) que se fractur estando anclado en un muelle.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
44/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
La transicin dctil frgil es marcada en los metales y aleaciones que presentan
un punto de fluencia agudo, sobre todo en aquellos en que el punto de fluencia
aumenta a medida que disminuye la temperatura.
En una aleacin dada, la temperatura de transicin suele variar con la velocidadde deformacin y con el tamao de grano. Si la pieza presenta un entalle, la
temperatura a la que se produce la transicin es mayor. Por eso los ensayos de
impacto utilizan probetas entalladas, para reproducir las peores condiciones de
servicio.
La transicin dctil-frgil no tiene importancia para el conformado de metales pero
si para aplicaciones estructurales, cuando las temperaturas de servicio estn por
debajo de la temperatura de transicin.
DEFORMACIN EN FRO
La deformacin en fro se produce cuando el material endurece progresivamente a
medida que aumenta la deformacin plstica, esto implica que no se presentan
fenmenos de recuperacin ni recristalizacin. El rango de trabajo en fro est
limitado entre las temperaturas de transicin dctilfrgil y de recristalizacin.
El concepto de deformacin en fro no est relacionado con la temperatura de
trabajado. Por ejemplo, el plomo funde a 326C (599K) y su temperatura de
recristalizacin es la ambiente o an inferior, segn la pureza del metal. Por otra
parte, el tungsteno funde a 3410C (3683 K) y recristaliza a 1100C. Por lo
anteior, el plomo se trabaja en caliente a temperatura ambiente mientras que el
tungsteno en fro a 8000C.
El trabajo en fro tiene los siguientes inconvenientes:
1. La resistencia que presenta el metal a ser deformado es, por lo comn, elevada
y aumenta durante el proceso debido al endurecimiento por deformacin.2. La ductilidad, en general, es reducida, por lo que no se pueden alcanzar
grandes deformaciones plsticas sin recurrir a recocidos intermedios.
Las ventajas que presenta la deformacin en fro son:
1. No se requiere energa para el calentamiento del metal,
2. No hay prdidas de material por oxidacin,
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
45/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
3. Se obtienen buenas tolerancias dimensionales,
4. El acabado superficial de las piezas es excelente,
5. Se puede endurecer al metal por deformacin plstica para mejorar su
resistencia en servicio.En este tipo de deformacin se generan dislocaciones que interactan entre s y
con otras barreras (precipitados, bordes de grano, etc.) para producir
endurecimiento por deformacin. As, un metal recocido contiene de 106 a 108
dislocaciones por centmetro cuadrado, mientras que un metal sevemente
deformado 1012 (Dieter, [6]). Como las dislocaciones representan una distorsin
de la red cristalina, entonces el incremento en la densidad de dislocaciones
aumenta la energa de deformacin del metal (Reed-Hill, [7]). Este incremento enla densidad de dislocaciones produce un aumento en el esfuerzo requerido para
deformar al metal, lo cual se observa en la curva esfuerzo-deformacin obtenida
por una prueba tensil y generalmente se representa, con limitaciones, por la
ecuacin de Hollomon.
Durante la deformacin plstica el volumen permanece constante. Para producir el
alargamiento de un material en la deformacin en fro, los granos se deben alargar
en la direccin deseada y, correspondientemente, reducir en las direcciones
transversales; esto ocasiona un gran incremento en el rea de borde del grano.
DEFORMACIN EN CALIENTE
Se deforma en caliente un material cuando se produce recuperacin y
recristalizacin simultneamente con la deformacin. El rango de trabajado en
caliente est comprendido entre la temperatura de recristalizacin y la de fusin
del metal.
Como el metal no endurece durante el proceso, tampoco se fragiliza, por lo que laductilidad es prcticamente ilimitada. La elevada ductilidad y ausencia de
endurecimiento por deformacin se debe a que la temperatura permite una mayor
difusin de vacancias e intersticiales y al trepado de dislocaciones, lo que conduce
a la recristalizacin del metal.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
46/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Los procesos de trabajado en caliente son muy comunes como operaciones
primarias o de desbaste.
LAS VENTAJAS DEL TRABAJADO EN CALIENTE SON:a) El metal presenta menor resistencia a la deformacin y, por ende, se requiere
menor potencia necesaria para deformar,
b) Una ductilidad prcticamente ilimitada en el metal,
c) Posibilidad de mejorar la estructura afinando el tamao de grano,
d) Homogeneizacin qumica.
Entre las desventajas estn:
a) Son necesarias instalaciones complementarias para el calentamiento de laspiezas,
b) Las altas temperaturas favorecen las reacciones del metal con el medio
ambiente, por lo que las
oxidaciones son importantes. Ello involucra la posibilidad de defectos superficiales
y prdidas de material. En los aceros estas prdidas oscilan entre el 2 y el 3%.
La mayor parte de las operaciones en caliente se efectan en una serie de
pasadas o etapas. En general, se mantiene la temperatura de trabajo en las
pasadas intermedias bastante por encima de la mnima a efecto de aprovechar la
menor resistencia ofrecida por los metales. Esto podra dar lugar a un crecimiento
de grano excesivo durante la recristalizacin, por lo que es prctica comn bajar la
temperatura de la ltima pasada hasta un valor tal que el crecimiento de grano sea
mnimo. Se recomiendan reducciones severas en este paso, con el mismo objeto
de obtener grano fino en la pieza.
QUEMADO
El rango de conformado en caliente est limitado por la temperatura de fusin delmetal. Esta temperatura puede ser diferente a la establecida en los diagramas de
fase debido a que las aleaciones comerciales son solidificadas en condiciones
industriales. Se pueden presentar las siguientes
CARACTERSTICAS:
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
47/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
a) Segregacin en la solidificacin (coring), por lo que pueden haber zonas del
material cuya temperatura de fusin est por debajo de la establecida para la
composicin media. Puede haber en alguno casos, zonas con composicin
eutctica donde, segn el diagrama, no debiera haberlas.b) Presencia de impurezas de punto de fusin inferior al de la aleacin base.
Para evitar el quemado, normalmente se trabaja de 50a 100C por debajo de la
temperatura de solidus.
FRAGILIDAD EN CALIENTE
Muchos metales y aleaciones no pueden ser trabajados en caliente porque
presentan una marcada tendencia a agrietarse y romperse en este rango de
temperaturas. Este comportamiento se conoce como fragilidad en caliente. (hotshortness), tambin es importante en piezas fundidas porque puede producir
agrietamientos durante la solidificacin.
Las causas que producen fragilidad en caliente se pueden clasificar en:
a) Componentes estructurales de bajo punto de fusin (eutcticos) o impurezas
(Pb en aceros o latones) que funden a temperaturas cercanas a la de
recristalizacin del metal base.
b) Precipitacin de constituyentes duros y frgiles a partir de soluciones slidas.
Esto implica que las temperaturas en que aparecen estos precipitados no pueden
usarse para procesos de deformacin plstica.
En ambos casos interesa la morfologa de las fases fusibles o frgiles. Estas
pueden aparecer como partculas aisladas o como redes continuas en el borde de
grano. Esta disposicin esta gobernada por las tensiones superficiales entre las
partculas de segunda fase y la matriz, que determinan el ngulo de formacin de
partculas dispersas. Un ngulo de contacto nulo da lugar a una pelcula de
segunda fase que rodea completamente a los granos de la matriz.A continuacin se mencionan algunos ejemplos:
a) Las inclusiones de azufre en los aceros producen fragilidad en caliente por la
presencia de un eutctico de bajo punto de fusin formado por Fe - FeS. Para
evitarlo se agrega manganeso en una cantidad, por lo menos, cinco veces mayor
a la del azufre presente.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
48/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
b) Cantidades muy pequeas, comprendidas entre 0.01 y 0.001% de bismuto y de
plomo en cobre, producen fragilidad en caliente. El efecto del bismuto se corrige
con el agregado de oxgeno. Se forma as una inclusin inofensiva de xido.
c) Algunos aceros inoxidables, conteniendo hasta 0.2% C como impureza, puedenprecipitar un carburo complejo en un rango de temperaturas entre 550 y 800C.
d) En la laminacin de aleaciones fuertemente segregadas en una zona central se
puede producir un tipo de fracture caracterstica conocida como "efecto cocodrilo.
MATRICES
CONCEPTOS GENERALES
Si analizamos la evolucin de la humanidad basndonos en diferentes aspectos,
ya sean stos sociales, culturales tcnicos, podremos observar que dicha
evolucin siempre ha estado condicionada por el descubrimiento de nuevos
materiales.
Las edades de piedra, del cobre, del bronce, del hierro, constituyeron etapas en la
historia de la humanidad en las cuales el hombre, a travs del conocimiento y
manejo de nuevos materiales y tcnicas, supo desarrollar nuevas estructuraspolticas y sociales.
Al contrario de lo que se pudiera pensar, el concepto de material compuesto es tan
antiguo como la naturaleza misma. Un buen ejemplo de ello lo podemos observar
en la madera, la cual combina fibras de celulosa de estructura tubular con una
matriz de lignina.
Otro ejemplo de material compuesto confeccionado por el hombre en los inicios de
la civilizacin lo constituyen las chozas de adobe y paja, moradas que sentaron las
bases de las construcciones actuales.
El secreto de los materiales compuestos reside en la eleccin de un sistema de
matriz adecuado y su asociacin con fibras de refuerzo, obtenindose como
resultado un nuevo material con cualidades diferentes, que no son alcanzables por
cada uno de los materiales predecesores de manera aislada.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
49/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
El reto actual de los materiales compuestos, en cualquiera de sus variantes,
consiste en dar con las mejores asociaciones de fibra-matriz, para proporcionar
cada vez materiales con mejores prestaciones para el fin que son concebidos.
DEFINICIN DE MATERIAL COMPUESTO
Se define como material compuesto todo sistema o combinacin de materiales
constituido a partir de una unin (no qumica, insolubles entre s) de dos o ms
componentes, que da lugar a uno nuevo con propiedades caractersticas
especficas, no siendo estas nuevas propiedades ninguna de las anteriores.
Podemos identificar dos fases: una continua, constituida por la matriz, y otra fase
discontinua, denominada refuerzo. Los componentes de un material compuesto nodeben disolverse ni fusionarse completamente unos con otros. La identificacin de
los materiales y la de su interfase debe ser posible de distinguir por medios fsicos.
Las propiedades del nuevo material dependen, entonces, del tipo de interfase y de
las caractersticas de los componentes.
Materiales compuestos. Procesos de fabricacin de embarcaciones
TIPOS DE MATERIALES COMPUESTOSDe las diferentes clasificaciones que podemos hacer de los materiales
compuestos, quizs la ms importante sea la que se refiere a su matriz, y en la
cual podemos identificar tres grupos principales:
a) Materiales compuestos de matriz metlica
b) Materiales compuestos de matriz cermica
c) Materiales compuestos de matriz polimrica
Los materiales compuestos de matriz metlica han sido desarrollados
principalmente para componentes aeroespaciales y de motores de automocin.
Poseen alta resistencia y muy bajo peso. Se clasifican en tres grandes grupos, de
acuerdo con el tipo de refuerzo incorporado: reforzados con fibra continua,
reforzados con fibras discontinuas y reforzadas con partculas.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
50/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
As, encontramos como ejemplos de los materiales compuestos de matriz metlica
las aleaciones de aluminio con refuerzos de fibras de boro, aleaciones de aluminio
reforzados con partculas de almina y carburo de silicio, etc.
Los materiales compuestos de matriz cermica son ms recientes, y mejoran laspropiedades mecnicas como la resistencia y tenacidad de los materiales
cermicos tradicionales, especialmente en rangos de bajas temperaturas.
Tambin se clasifican de acuerdo con el tipo de refuerzo incorporado: reforzados
con fibras continuas, reforzados con fibras discontinuas y reforzadas con
partculas. Las principales fibras de refuerzo que se combinan con las matrices
cermicas son las de carburo de silicio y las de xido de aluminio, y en el caso de
fibras discontinuas y partculas se utilizan como refuerzo agujas cermicas decarburo de silicio.
En cuanto a los materiales compuestos de matriz polimrica, podemos definirlos
como materiales con buenas propiedades mecnicas, resistentes a la corrosin y
a los agentes qumicos, y que dadas sus particulares caractersticas, pueden ser
moldeados con absoluta libertada de formas. Son aquellos materiales en los
cuales la matriz est constituida por un polmero y el refuerzo es algn tipo de
fibra, ya sea sinttica o inorgnica.
Podemos destacar entre stos los materiales compuestos termoestables, con sus
principales grupos de matrices, las resinas polister, vinilster, epoxi, y fenlicas;
y, como materiales de refuerzo, las fibras de vidrio, las aramdicas (kevlar) y las de
carbono, tomando la forma de numerosos tipos de estructuras textiles simples o
combinadas.
Por ser los materiales compuestos de matriz polimrica, y fundamentalmente los
termoestables, los ms utilizados en la construccin de embarcaciones, les
dedicaremos este estudio.
EL CONCEPTO DE MATRIZ-REFUERZO
A diferencia de los materiales isotrpicos convencionales, los materiales
compuestos presentan una serie de diferencias destacables.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
51/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
MATERIALES COMPUESTOS (matrices)
DefinicinSe entiende por materiales compuestos aquellos formados por dos o ms
materiales distintos sin que se produzca reaccin qumica entre ellos.
En todo material compuesto se distinguen dos componentes:
- la MATRIZ, componente que se presenta en fase continua, actuando como
ligante
- el REFUERZO, en fase discontinua, que es el elemento resistente.
Ejemplos sencillos y conocidos por todos de materiales compuestos son el
hormign y los neumticos. Aqu, sin embargo, nos centraremos en el estudio de
los llamados MATERIALES COMPUESTOS AVANZADOS, que son los que se
utilizan para la fabricacin de elementos estructurales.
Clasificacin
Una primera clasificacin es la que analiza el tipo de matriz, distinguindose los
siguientes tipos:
- materiales compuestos de matriz METLICA o MMC (METAL MATRIX
COMPOSITES),
- materiales compuestos de matriz CERMICA o CMC (CERAMIC MATRIX
COMPOSITES),
- materiales compuestos de matrizde CARBON
- materiales compuestos de matriz ORGNICA o RP (REINFORCED PLASTICS)
y dentro de estos, son los ms utilizados:
- los CFRP (CABON FIBER REINFORCED PLASTICS) o materiales
compuestos de fibra de carbono con matriz orgnica,- los GFRP (GLASS FIBER REINFORCED PLASTICS) o materiales
compuestos de fibra de vidrio con matriz orgnica.
En lo que a los refuerzos se refiere, los hay de dos tipos:
- FIBRAS, elementos en forma de hilo en las que la relacin L/D > 100,
- CARGAS, el resto, utilizadas en elementos de poca responsabilidad estructural.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
52/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
Tal y como se han resaltado, los materiales compuestos ms utilizados son los de
matriz orgnica y refuerzos en forma de fibras. En los siguientes apartados se
analizan con ms detalle ambos tipos de componentes.MATRICES ORGNICAS
Antes de describir los distintos tipos de matrices orgnicas, conviene repasar
cuales son las funciones que debe cumplir la matriz. Estas son:
- Dar estabilidad al conjunto, transfiriendo las cargas al refuerzo.
- Proteger al refuerzo del deterioro mecnico y qumico.
- Evitar la propagacin de grietas.
Para todo ello, se debe dar una buena adherencia entre la matriz y el refuerzo.
Las matrices orgnicas (ms vulgarmente conocidas como plsticos) pueden ser:
- TERMOPLSTICOS, usadas en aplicaciones de bajos requisitos, aunque se
estn empezando a emplear termoplsticos avanzados para altas
prestaciones.
- ELASTOMEROS, utilizadas en neumticos y cintas transportadoras,
- DUROPLASTICOS o TERMQESTABLES, las ms empleadas en materiales
compuestos de altas prestaciones.
Entre los duro plsticos, tambin denominados RESINAS (todos ellos necesitan
un proceso de curado para alcanzar su estructura reticulada) encontramos los
siguientes tipos de materiales para matrices:
- EPOXIS, que son las de uso ms general en altas prestaciones, con una
temperatura mxima de uso en torno a los 170'.
Como ejemplo, podemos citar la M18 de CIBA (HEXCEL).
- BISMALEIMIDAS (BMI), para altas temperaturas (hasta 250), utilizada, por
ejemplo en los bordes de ataque de las alas del Eurofighter-2000.
o Ejemplo: 5250 de CYTEC.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
53/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
- POLlAMIDAS (P1), tambin para aplicaciones de altas temperaturas, en el
entorno de los 300.
- FENOLICAS, resistentes al fuego. Utilizadas, por ejemplo, en mamparas
contra incendios y paneles interiores de aviones.- POLISTERES, poco usados por sus bajas caractersticas mecnicas.
Adems, absorben mucha agua y se contraen al curar.
- CIANOESTERES, utilizadas en aplicaciones radioelctricas (antenas), ya
que presentan baja absorcin de humedad y buena "tangente de prdidas"
(caracterstica radioelctrica de los materiales).
Ejemplo: RS3 de YLA.
FIBRAS.
Los principales tipos de fibras utilizados como refuerzo, en lo que al material que
las compone se refiere, son:
- FIBRAS DE VIDRIO, de gran resistencia a traccin, duras, resistentes al ataque
qumico y flexibles.
Se elaboran a partir de la slice (del 50% al 70% de su composicin) y se le
aaden otros componentes en funcin de las propiedades deseadas,
distinguindose:
- VIDRIO-E, para aplicaciones generales.
- VIDRIO-S, para mayor resistencia y rigidez.
- VIDRIO-C, para estabilidad qumica.
- VIDRIO-M, para muy alta rigidez.
- VIDRIO-D, para muy baja constante dielctrica.
- FIBRAS DE CARBONO, de muy alta resistencia y rigidez, por la estructuracristalogrfica del grafito. Se distinguen los siguientes tipos:
- De muy alto mdulo (para aplicaciones que requieran rigidez,500 GPa de
Mdulo elstico)
- De alto mdulo (400 GPa)
- De mdulo intermedio (300 GPa)
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
54/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
- De alta resistencia (200 GPa)
- FIBRAS CERMICAS, de cuarzo o slice. Flexibles y con muy bajo alargamiento
y gran resistencia la choque trmico. Se utilizan en estructuras radio
transparentes.
PROCESOS INDUSTRIALES I
7/28/2019 Visita Tecnica a Backus Xd....
55/100
UNFV
3FIIS
TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES
mencionadas en el apartado anterior, impregnado con una resina termoestable
que polimeriza bajo unas determina