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