pág
ACEROS
DEFINICIÓN 3
OBTENCIÓN 3
CLASIFICACION DE LOS ACEROS 5
FUNDICIÓN
PROCESOS DE FUNDICIÓN 7
CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE FUNDICIÓN 8
Moldeos removibles 8-9
Moldeos desechables 10
Colada (vaciado) 11
Fundición por inyección 11
TIPOS DE FUNDUCION 12
Fundición gris 12
Fundición blanca 13
Fundición nodular 13
Fundición maleable 14
TRATAMIENTOS 15
TRATAMIENTOS TERMICOS 15
Recocido 15
Normalizado 16
Temple 16
Revenido 17
TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS 17
Cimentación 17
Nitruración 17
Cianuración 17
Sulfinización 18
TRATAMIENTOS MECÁNICOS 18
Tratamientos mecánicos en frío 18
Tratamientos mecánicos en caliente 18
TRATAMIENTOS SUPERFICIALES 18
Mentalización 18
Cromado duro 18
OXIDACIÓN Y CORROSIÓN 19
LA OXIDACIÓN 19
LA CORROSIÓN 19
pág
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN 20
Modificación química de la superficie 21
Procedimientos electrolíticos 21
Recubrimientos no metálicos 22
Recubrimientos metálicos 23-24-25
METALES NO FERRICOS 25
EL COBRE 26
EL ALUMINIO 27
EL PLOMO 28
EL ESTAÑO 28
EL TITANIO 29
EL MAGNESIO 29
MATERIALES CERÁMICOS 30
MATERIALES CERÁMICOS NO CRISTALINOS 30
Vidrios 30
PLÁSTICOS
31
ORIGEN DE LOS PLÁSTICOS 31
La estructura de los plásticos 31
LOS PLÁSTICOS Y SUS PROPIEDADES 32
Termoplásticos 32
LOS PLÁSTICOS TERMOESTABLES 35
La baquetilla 35
La melanina 36
Urea-formadehído 36
Poliéster 36
PLÁSTICOS ELASTÓMEROS 37
Caucho natural y sintético 37
Neopreno 37
Silicona 37
FABRICACIÓN CON PLÁSTICOS 37
ENSAYOS DE DUREZA
38
ENSAYOS DESTRUCTIVOS ESTATICOS 38
Ensayos de dureza por penetración estática 38
Ensayos de tracción 40
ENSAYOS DESTRUCTIVOS DINAMICOS 42
Ensayos de resistencia al choque 42
pág
Ensayos de fatiga 43
ENSAYOS DESTRUCTIVOS TECNOLÓGICOS 44
Ensayos de chispa 44
Ensayos de plegado 44
Ensayos de embutición 45
Ensayos de forja 45
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 46
Ensayos ópticos 46
Ensayos magnéticos 47
Ensayos ultrasónico 48
Ensayos con rayos X 49
ACEROS
DEFINICIÓN.
El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros
elementos, es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de
carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría adquiere por el temple
gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en
pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio. Se
caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el
hierro. Este resiste muy poco la def0rmacion plástica, por estar constituida
solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman
estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su
resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en
un lugar preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de
todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado:
aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio,
níquel.
OBTENCIÓN.
Historia.
Durante toda la Edad Media y El Renacimiento el acero era producido
en pequeñas cantidades por corporaciones de artesanos que guardaban en
secreto el método de fabricación. El primer proceso de obtención industrial
del acero fue ideado por el relojero inglés B.Huntsman en 1740; el proceso
se llamó “al crisol”, porque consistía en cementar ( es decir, enriquecer en
contenido de carbono ) el hierro con carbón vegetal y fundir sucesivamente
en un crisol el producto obtenido. La fundición se conocía en Europa ya en el
siglo XIV, como producto secundario de los hornos altos de producción de
hierro; en un principio sólo se utilizó como sustitutivo del bronce. Antes de
que pudiera emplearse en gran escala en la producción del acero, fue
necesario que el inglés H. Cort inventase en 1874 un procedimiento de afina,
en el que se producía el hierro en un horno de reverbero alimentado con
carbón mineral; el carbón era quemado sobre una parrilla cuya solera estaba
constituida por una capa que contenía óxido de hierro. Durante el proceso,
llamado “pudelado”, la fundición era removida a mano con unas largas varillas
de hierro, y luego comprimida en una prensa; el lingote resultante se
laminaba al calor. Con tales procedimientos la producción de hierro fundido
dejó de estar supeditada al consumo de carbón vegetal, solucionando el
gravísimo problema que representaba para muchos países europeos el
incremento de la tala de bosques.
El acero producido al crisol era de óptima calidad, pero el coste de
producción era muy superior al fabricado por pudelado. Ambos métodos
fueron abandonados al introducirse los procedimientos modernos de
producción en gran escala de Bessemer y de Tomas.
El proceso Bessemer, ideado en 1856 por Henry Bessemer, consiste
en obtener directamente acero mediante el afino de la fundición,
introduciendo una corriente de aire en un aparato, actualmente llamado
“convertidor” y entonces, por su forma, “pera de Bessemer”. En él, el calor
que mantiene líquida la colada lo suministra la reacción exotérmica de
oxidación del Si.Dado que el convertidor ( la cuba de afino ) está revestido
de sílice (ácida), el proceso es idóneo para una función de estas
características. En el mismo período se patentaba en América un proceso
análogo, el de William Kelly. En 1877, el inglés Sydney Gilchrist Thomas tuvo
la idea de sustituir el revestimiento ácido del convertidor Bessemer por un
revestimiento básico (dolomía), lo que permitía obtener escorias básicas;
por consiguiente, se podía convertir fundición fosforosa en aceros. Entre
1860 y 1865 el francés Pierre Martín y los alemanes Wilhelm y Friedrich
Siemens desarrollaron un tipo de horno alimentado por gas, denominado
posteriormente “horno Martín-Siemens”. Este tipo de horno permite
obtener acero fundiendo en la solera grandes cantidades de chatarra de
hierro y fundición o bien fundición y minerales. W. Siemens, entre 1878 y
1879, efectuó los primeros intentos de obtener acero a partir de chatarra
de fundición de hierro en hornos de arco eléctrico. En 1898, E. Stassano
instaló en Roma un horno de arco eléctrico para fabricar acero
directamente del mineral, horno en que la colada era calentada por
irradiación. Casi simultáneamente, en 1900, el francés P. T.
L. Héroult, en
América, iniciaba sus ensayos para obtener acero en un horno también de
arco, siguiendo un procedimiento muy similar al Martín-Siemens.
Los procesos Bessemer, Thomas, Martín-Siemens y más tarde los de
acerería eléctrica inauguran la edad del acero, desplazando rápidamente a la
madera como material estructural en las obras de ingeniería civil, y después
al hierro fundido con materia prima de la construcción de raíles, barcos,
cañones, etc.
Producción.
El acero se obtiene a partir del producto de alto horno, el arrabio
líquido, en los convertidores o en otros hornos que trabajan con carga
líquida dentro de la misma instalación industrial. El arrabio, lingote de horno
alto o lingote de hierro, pues de estas maneras suele denominarse, es frágil
y poco resistente. Su composición, que es distinta según la procedencia del
mineral de hierro, está constituida por un elevado tanto por ciento de
carbono ( 4-5%) y otras impurezas como azufre, fósforo, silicio, manganeso,
etc. Se transforma en acero mediante un proceso de descarburación y
regulación de las otras impurezas. Existen, además, otros procedimientos
que permiten obtener directamente acero partiendo del mineral sin pasar
por el arrabio. Aunque su desarrollo ha sido y es muy limitado, se pueden
citar como métodos más importantes: Hoganäs, Norsk-Staal, Krupp-Renn,
afino sólido, etc. El procedimiento de la forja catalana respondía a este
último tipo de obtención: el hierro se reducía con carbón vegetal formando
fundición, la cual, en la parte más
caliente del horno, se transformaba en
acero. romo, molibdeno y vanadio .
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al
carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros
inoxidables y aceros de herramientas.
Aceros al carbono
El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen
una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6%
de silicio y un 0,6% de cobre. Con este tipo de acero se fabrican maquinas,
carrocerías de automóvil, estructuras de construcción, pasadores de pelo,
etc.
Aceros aleados
Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de
vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de
manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se
emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.
Aceros de baja aleación ultrarresistentes
Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos aceros son
más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor
cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un
tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del
acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de bagones
porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la
capacidad de carga es mayor.
Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor
peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.
Aceros inoxidables
Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación
que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros
inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa
resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su
brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se
emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos
por su resistencia a la oxidación y para la fabricación
de instrumentos
quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos
corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como
pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.
Aceros de herramientas
Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de
corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros
elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y
durabilidad.
FUNDICION
Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de
metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El
principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se
deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben
considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es
un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido
sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión
(método para producir
piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el
metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja
(proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo
entre dos dados usando impacto o presión para formar la parte), la
extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de
trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle
forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso
de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce
mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos).
PROCESOS DE FUNDICIÓN
La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde. La
cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente
sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la
solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentaje de
contracción, por lo tanto si la presión dimensional es crítica la cavidad debe
diseñarse para el metal particular que se va a fundir. Los moldes se hacen
de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los
procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de
moldes.
Proceso:
Se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente
alta para transformarlo completamente al estado líquido, después se vierte
directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto el metal liquido
se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado
existe una vía de paso llamada sistema de vaciado que permite el flujo del
metal fundido desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el más
importante en operaciones de fundición.
Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la
temperatura suficiente para el punto de congelación de un metal puro,
empieza la solidificación que involucra un cambio de fase del metal. Se
requiere tiempo para completar este cambio de fase porque es necesario
disipar una considerable cantidad de calor. El metal adopta la forma de
cavidad del molde y se establecen muchas de las propiedades y
características de la fundición. Al enfriarse la fundición se remueve del
molde; para ello pueden necesitarse procesamientos posteriores
dependiendo del método de fundición y del
metal que se usa. Entre ellos
tenemos:
El desbaste del metal excedente de la fundición.
La limpieza de la superficie.
Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades.
Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas
partes de la pieza y para remover la superficie fundida y la microestructura
metalúrgica asociada.
CLASIFICACIÓN DEL PROCESO DE FUNDICIÓN:
Según el tipo de modelo:
Modelos removibles
simple para moldear un disco de un metal fundido para hacer un
engrane. El molde para este disco se hace una caja de moldeo que consta de
dos partes. A la parte superior se le llama tapa, y a la parte inferior base.
Las partes de la caja se mantiene en una posición definida, una con respecto
a la otra por medio de unos pernos colocados en dos lados opuestos de la
base que encajan en agujeros de unos ángulos sujetos a los lados de las
tapas.
El primer paso en la hechura de un molde es el de colocar el modelo
en el tablero de moldear, que coincide con la caja de moldeo. Enseguida se
coloca la tapa sobre el tablero con los pernos dirigidos hacia abajo. Luego se
criba sobre el modelo para que lo vaya cubriendo; la arena deberá
compactarse con los dedos en torno al modelo, terminando de llenar
completamente la tapa. Para moldes pequeños, la arena se compacta
firmemente con apisonadores manuales. El apisonado mecánico se usa para
moldes muy grandes y para moldeo de gran producción. El grado de
apisonado necesario solo se determina por la experiencia. Si el molde no ha
sido lo suficientemente apisonado, no se mantendrá en su posición al
moverlo o cuando el metal fundido choque con él. Por otra parte, si el
apisonado es muy duro no permitirá que escape el vapor y el gas cuando
penetre el metal fundido al molde.
Después que se ha terminado de apisonar, se quita el exceso de arena
arrasándola con una barra recta llamada rasera. Para asegurar el escape de
gases cuando se vierta el metal, se hacen pequeños agujeros a través de la
arena, que llegan hasta unos cuantos milímetros antes del modelo.
Se voltea la
mitad inferior del molde, de tal manera que la tapa se puede
colocar en su posición y se termina el moldeo. Antes de voltearlo se esparce
un poco de arena sobre el molde y se coloca en la parte superior un tablero
inferior de moldeo. Este tablero deberá moverse hacia atrás y hacia delante
varias veces para asegurar un apoyo uniforme sobre el molde. Entonces la
caja inferior se voltea y se retira la tabla de moldeo quedando expuesto el
moldeo. La superficie de la arena es alisada con una cuchara de moldeador y
se cubre con una capa fina seca de arena de separación. La arena de
separación es una arena de sílice de granos finos y sin consistencia. Con ella
se evita que se pegue la arena de la tapa sobre la arena de la base.
Enseguida se coloca la tapa sobre la
base, los pernos mantienen la
posición correcta en ambos lados. Para proporcionar un conducto por donde
entra el metal al molde, se coloca un mango aguzado conocido como clavija
de colada y es colocada aproximadamente a 25 mm de un lado del modelo,
las operaciones de llenado, apisonado y agujerado para escape de gases, se
llevan a cabo en la misma forma que la base.
Con esto, el molde ha quedado completo excepto que falta quitar el
modelo y la clavija de colada. Primero se extrae esta, abocardándose el
conducto por la parte superior, de manera que se tenga una gran apertura
por donde verter el metal. La mitad de la caja correspondiente a la mitad
superior es levantada a continuación y se coloca a un lado. Antes de que sea
extraído el modelo, se humedece con
un pincel la arena alrededor de los
bordes del modelo, de modo que la orilla del molde se mantenga firme al
extraerlo. Para aflojar el modelo, se encaja en el una alcayata y se golpea
ligeramente en todas direcciones. Enseguida se puede extraer el modelo
levantándolo de la alcayata.
Antes de cerrar el molde, debe cortarse un pequeño conducto
conocido como alimentador, entre la caída del molde hecho por el modelo y
la abertura de la colada. Este conducto se estrecha en el molde de tal
forma que después que el metal ha sido vertido el mismo en el alimentador
se puede romper muy cerca de la pieza.
Para prever la contracción del metal, algunas veces se hace un
agujero en la tapa, el cual provee un suministro de metal caliente a medida
que la pieza fundida se va enfriando, esta aventura es llamada rebosadero.
La superficie del molde se debe rociar, juntar o espolvorear con un material
preparado para recubrimiento, dichos recubrimientos contienen por lo
general polvo de sílice y grafito. La capa de recubrimiento del molde mejora
el acabado de la superficie de colado y reduce los posibles defectos en las
superficies. Antes que el metal sea vaciado en el molde, deberá colocarse un
peso sobre la tapa para evitar que el metal liquido salga fuera del molde en
la línea de partición.
Modelos desechables
En la fabricación de moldes con modelos desechables, el modelo, que
es usualmente de una pieza, es colocado en el tablero y la base de la caja se
moldea en la forma convencional. Se agregan unos agujeros para ventilación
y
la base se voltea completamente para el moldeo de la tapa. Casi siempre la
arena en verde es el material común más usado, aunque pueden usarse
arenas especiales para otros propósitos, como arena de cara que se utiliza
de inmediato alrededor del modelo. La
arena en la línea de partición no se
aplica en la tapa de la caja y la base no puede ser separada hasta que la
fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y se apisona.
En cualquiera de los casos la colada es cortada en el sistema de alimentación
o ambas, como usualmente sucede, esta es una parte del modelo desechable.
Se hacen los agujeros para ventilación y se coloca algo de peso para oprimir
la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la alimentación y el sistema de
colado como se muestra en la figura.
La colada es vaciada rápidamente en la pieza moldeada; el poliestireno
se vaporiza; y el metal llena el resto de la cabida. Después de enfriado la
fundición es eliminada del molde y limpiada.
El metal es vaciado lo suficientemente rápido para prevenir la
combustión del poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En
cambio, los gases, debido a la vaporización del material, son manejados hacia
Mister Wong
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