G0105-U2_INTRODUCTORIO

IDENTIFICACION DE UNA ESTRUCTURA DE MÁQUINA Y ELEMENTOS DE DESGASTE Gildemeister

Unidad 2

Materiales y tratamientos utilizados en maquinaria

Material Introductorio a la Unidad

Unidad 2: Materiales y tratamientos utilizados en maquinaria

Presentación

Estimados alumnos, en este material se revisarán en profundidad los siguientes temas:  Tema 1: Materiales y Aleaciones 1.1. Definición 1.2. Propiedades 1.3. Clasificación 1.4. Aplicaciones  Tema 2: Tratamientos Térmicos 2.1. Definición 2.2. Clasificación  Conclusiones  Bibliografía Conceptos claves: materiales y aleaciones en estructuras y elementos de maquinaria pesada, tratamientos térmicos, tratamientos termoquímicos, maquinaria pesada.

Le invitamos a revisar el documento.

Unidad 2: Materiales y tratamientos utilizados en maquinaria

Introducción

Para poder utilizar los materiales en los distintos elementos y estructuras que conforman las maquinarias, es fundamental que conocer

sus

propiedades,

las

cuales

son

intrínsecas,

y

condicionarán su comportamiento ante: cargas, temperatura, agentes químicos, condiciones climáticas.

Debido a lo anterior es que comenzará definiendo a los materiales y las propiedades intrínsecas que poseen, siendo necesario detenerse en este punto ya que de esta manera podremos considerar de acuerdo a la aplicación, el material que mejor se comporte ante determinadas variables tales como; fuerzas, temperatura, atmosfera, etc.

Se considerará al acero como uno de los principales materiales, por lo tanto se profundizará en su clasificación, normas y

los

tratamientos térmicos a los cuales se someten para mejorar sus propiedades.

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Tema 1: Materiales y Aleaciones ¿Qué es un material?

Desde el punto de vista de la ingeniería, es un elemento o comúnmente compuesto químico, con alguna propiedad útil, ya sea física, química, mecánica o tecnológica.

¿Qué son las propiedades de los materiales?

Son propiedades intrínsecas de los materiales, por las cuales reaccionan de determinada manera ante: cargas, temperatura, agentes químicos, condiciones climáticas.

¿Para qué me sirve conocer las propiedades?

Al conocer las propiedades de los materiales, podemos distinguir que material utilizar para una determinada aplicación.

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Tema 1: Materiales y Aleaciones

Propiedades Físicas

Propiedades Químicas

Propiedades Mecánicas

Color

Oxidación

Resistencia

Punto de Fusión

Corrosión

Elasticidad

Punto de Solidificación

Plasticidad

Densidad

Ductilidad

Conductividad Térmica

Fragilidad

Conductividad Eléctrica

Resistencia a la fatiga

Dilatación Magnetismo Comportamiento Óptico

Resistencia al desgaste Tenacidad Dureza Resiliencia

Propiedades Tecnológicas Maleabilidad Maquinabilidad Soldabilidad Colabilidad

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Tema 1: Materiales y Aleaciones

¿Cómo se miden las propiedades de los materiales?

A través de: Ensayos Destructivos

Ensayos No Destructivos

Análisis Químico

• Tracción (Resistencia, Ductilidad, Deformación lineal, Elasticidad, Plasticidad) • Torsión (Resistencia a la torsión, deformación angular) • Charpy (Tenacidad, Resiliencia) • Flexión (Resistencia a la flexión) • Compresión (Resistencia a la compresión) • Fatiga (Resistencia a la fatiga por cargas alternas) • Resistencia al desgaste (Resistencia al desgaste y erosión)

• Dureza (Brinell HB, Vickers HV, Rockwell HRC-HRB, Shore)

• Análisis químico • Análisis micro y macrográfico

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Tema 1: Materiales y Aleaciones

Especificaciones Materiales

Aplicaciones

Propiedades

Metales

Estructuras, Chasis, Cables, Carcazas, Elementos mecánicos

Alta conductividad eléctrica, Resistentes y dúctiles a temperatura ambiente

Cerámicos

Vidrios, Revestimientos,

Aislante térmico y eléctrico , frágiles, alta dureza, alta resistencia

Polímeros

Recubrimientos, Cañerías, Aislantes Bajo peso, baja resistencia, alta resistencia a la corrosión

Compuestos

Herramientas de corte, Recipiente para reactores

Ligeros, resistentes, dúctiles, con resistencia a las altas temperaturas

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Tema 1: Materiales y Aleaciones

Aplicaciones de los aceros Acero AISI‐SAE 1045 DIN Ck 45 W. Nr 1.1730 Acero AISI‐SAE 1020 DIN Ck 20 W. Nr 1.0044

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Tema 1: Materiales y Aleaciones

Aplicaciones de los aceros

Acero Estructural ASTM A36

Acero Herramienta HSS T1

Acero Inoxidable SAE 440

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Tema 1: Materiales y Aleaciones Normas para el acero internacionales y nacionales SAE

Society of Automotive Engineering

AISI

American Iron and Steel Institute

ASTM

American Society for Testing Materials

UNS

Unified Numbering System

CDA

Copper Development Association

NCh

Norma Chilena

DIN

Norma Alemana

Para aceros estructurales Propiedades Mecánicas (Ej: Resistencia) Normas (Designaciones equivalentes)

Ejemplo: Acero AISI-SAE 1045 El 10 corresponde a un acero al carbono. El 45 al contenido de carbono: 0,45%.

Tipo de aleación (composición)

Tratamientos Térmicos (Recocido, temple y revenido)

Catálogo de Aceros

Aplicaciones

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Tema 2: Tratamientos Térmicos

¿Qué es un tratamiento térmico?

Es todo proceso de calentamiento y enfriamiento controlados al que se somete un metal con el propósito de variar alguna o algunas de sus propiedades.

Consiste en, primero calentar el acero a una temperatura determinada, luego mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y finalmente, enfriarlo a la velocidad conveniente.

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Tema 2: Tratamientos TĂŠrmicos

Temple: Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero,

Revenido: Disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados,

Recocido: Logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. TambiĂŠn facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura.

Normalizado: Ausencia de tensiones internas y con una distribuciĂłn uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

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Tema 2: Tratamientos Térmicos

¿Qué es un tratamiento termoquímico?

Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, proporcionando resistencia al desgaste, a la fatiga y a la corrosión.

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Tema 2: Tratamientos Térmicos

Cementación: Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce,

Nitruración: Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza.

Cianuración: Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero,

Carbonitruración: Obtener superficies extremadamente dura y tenaz en el centro,

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Conclusiones Es así como en esta unidad se ha definido el concepto de material, sus propiedades intrínsecas entre las cuales podemos nombrar:

Físicas densidad, punto de fusión y solidificación, conductividad térmica y eléctrica

corrosión y oxidación

Mecánicas

Tecnológicas

resistencia, elasticidad, tenacidad, resiliencia, resistencia al desgaste y a la fatiga, entre otras

maquinabilidad, maleabilidad, soldabilidad y colabilidad).

Químicas

La importancia de conocer las propiedades de los materiales es que nos indican cómo será su comportamiento o reacción ante factores externos a los cuales se encuentren sometidos y de esta manera poder utilizar el material adecuado para una determinada aplicación.

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Conclusiones CONCLUSIONES: También se revisó cómo se clasificaban los materiales, en metálicos:

Ferrosos y no ferrosos

No metálicos (polímeros, cerámicos y compuestos)

Los cuales quedaban definidos por sus propiedades características. Se estudió principalmente los materiales metálicos ferrosos debido a su relevancia en las aplicaciones que lo utilizan.

Y finalmente se definió los tratamientos térmicos de los aceros, cuya finalidad es incrementar las propiedades de los aceros. Su clasificación principal era ,de acuerdo a la intervención que se realiza en el acero. Por una parte se tiene los tratamientos térmicos (temple, revenido, recocido y normalizado) los cuales actúan sobre el elementos luego de un calentamiento y posterior enfriamiento cambiando su estructura, y los tratamientos termoquímicos (cementado, nitrurado, carbonitruracion, sulfinizacion y cianuración) los cuales además de cambiar la estructura para incrementar las propiedades, producen un cambio químico en la capa superficial del material incrementando su dureza.

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Bibliografía William F. Smith & Javad Hashem (2006) Fundamentos de la ciencia e Ingeniería de Materiales (4ª ed.) España.

McGraw-Hill Interamericana de España S.L Donald R. Askeland, Pradeep P. Phulé (2004) Ciencia e ingeniería de los materiales (4° ed.) Thomson