La metalurgia
Autor: Jing Lee
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Trabajo en frio
l conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, cord metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso doméstico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión, listones y utensilios de cocina. El trabajo en frio se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original del metal, produciendo a la vez una deformación. El concepto del conformado en frío comprende todos los métodos de fabricación que permiten deformar plásticamente (a temperatura ambiente y ejerciendo una presión elevada) metales o aleaciones de metales tales como cobre, aluminio o latón, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material. Durante el conformado en frío la materia prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta de diferentes etapas de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de deformación del
material y por lo tanto su rotura. Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia, la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes.
Procesos *EMBUTIDO PROFUNDO Y PRENSADO El embutido profundo es una extensión del prensado en la que a un tejo de metal, se le da una tercera dimensión considerable después de fluir a través de un dado. El prensado simple se lleva a cabo presionando un trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al indentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para bebidas, son los ejemplos más comunes. *LAMINADO Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos rotatorios. Los rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas. También pueden estar ranurados o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar patrones en relieve. *ESTIRADO Este es esencialmente un proceso para la producción de formas en hojas de metal. Las hojas se estiran sobre hormas conformadas en donde se deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos. Es un proceso de trabajo en frío y es generalmente el menos usado de todos los procesos de trabajo. *EXTRUSION En este proceso un
cilindro o trozo de metal es forzado a través de un orificio por medio de un émbolo, por tal efecto, el metal estirado y extruido tiene una sección transversal, igual a la del orificio del dado.Hay dos tipos de extrusión, extrusión directa y extrusión indirecta o invertida. En el primer caso, el émbolo y el dado están en los extremos opuestos del cilindro y el material es empujado contra y a través del dado. En la extrusión indirecta el dado es sujetado en el extremo de un émbolo hueco y es forzado contra el cilindro, de manera que el metal es extruido hacia atrás, a través del dado. La extrusión puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío, pero es predominantemente un proceso de trabajo en caliente.
Trabajos en frio y en caliente Trabajo en frío: aquel que se realiza mediante golpes, calor y maclaje; mediante el cual se obtienen superficies compacta con mayor resistencia. Los procedimientos más comunes son la forja, conformado, rolado, doblado, trefilado, etc. El factor importante es que siempre se realizan abajo de la temperatura de recristalización. Trabajo en caliente: El concepto es básicamente el mismo que el trabajo en frío, su diferencia es que se realiza arriba de la temperatura de recristalización, creando un acomodamiento de átomos más uniforme. Algunos procesos son el embutido, soplado, trefilado, extrusión, forja, etc. Date cuenta de el dato central que diferencia a ambos trabajos "LA TEMPERATURA DE RECRISTALIZACIóN", la cual se define como el límite de un material donde puede afinar sus granos creando una nueva cristalización. Esta, es distinta para cada material, pero claro que para el acero (El material comúnmente utilizado en estos procesos) se encuentra en un límite de 600 a 700 grados centígrados. Recuerda que abajo de esta temperatura se le denomina trabajo en frío y arriba trabajo en caliente.
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Tratamiento termico
l tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido a temperaturas y condiciones determinadas para cambiar sus propiedades mecánicas. Nunca alteran las propiedades químicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tama?o del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - carbono. En este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los
tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. El tiempo y la temperatura son los factores principales y hay que fijarlos de antemano de acuerdo con la composición del acero, la forma y el tama?o de las piezas y las características que se desean obtener.
Curvas T.T.T. Tanto para aceros aleados como para aceros al carbono Las transformaciones pueden ser: Transformaciones isotérmicas (El enfriamiento isotérmico se consigue por inmersión en un ba?o de sales fundidas, que se mantiene a T = Cte.) Transformaciones de enfriamiento continuo (Se consigue enfriando dentro del horno, al aire, en agua, en aceite,..) Se denomina curva TTT(Transformación-TemperaturaTiempo) al diagrama que relaciona el tiempo y la temperatura requeridos para una transformación isotérmica. Los diagramas TTT son gráficas que representan el % de transformación en función de la temperatura(eje vertical) y del tiempo(eje horizontal,normalmente en escala logarítmica). Se elaboran con el % de transformación frente al logaritmo de las medidas de tiempo. Son muy útiles para entender las
transformaciones de un acero que se enfría isotérmicamente. Así por ejemplo, en el caso del acero, y más concretamente para la faseaustenita, que es inestable por debajo de la temperatura de transformación eutectoide, se necesita saber: *Cuánto tiempo requerirá para empezar a transformarse a una temperatura subcrítica específica. *Cuánto tiempo precisará para estar completamente trasformada. *Cuál será la naturaleza del producto de esta transformación.
Recocido normalizado y temple *El recocido es un tratamiento térmico de cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales. Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteración de las propiedades físicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Mediante la combinación de varios trabajos en frío y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podríamos conseguir. *El normalizado es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y características tecnológicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja,
laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple. El procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados Celsius por encima de la temperatura crítica superior, tanto para aceros hipereutectoides, como para aceros hipoeutectoides, y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. A continuación se deja enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme. *temple es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al sólo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente.
Revenido
Es un proceso hecho subsecuente a endurecimiento por temple. Las piezas templadas son frecuentemente fragilles Esta fragilidad es causada por la presencia de Martensita, La fragilidad es reducida por el Revenido. El Revenido es una combinacion deseada de Dureza, Tenacidad Ductilidad y Resistencia y estabilidad estructural, El Revenido no debe ser confundido por el “Temper” el cual es una indicación del Grado de trabajado en frio de un rolado. El mecanismo de revenido depende de el acero y de la temperatura de revenido La prevalencia de la martensita como una estructura Metaestable cuando es calentada lo atomos de carbono se difunden de la martensita en forma de precipitados de carburos y la concurrente formación de ferrita y Cementita los cuales son estables. Los aceros de herramienta por ejemplo pierden de 2 a 4 puntos de dureza en la escala Rockwell C . igualmente aunque una peque?a resistencia es sacrificada, la tenacidad es incrementada nortablemente ( medida como resistencia al impacto). Revenido es hecho inmediatamente despues del templado, Cuando el acero se enfria alrrededor de 40 °C despues del temple esta listo para ser revenido La opieza es calentada a una temperatura de 150 a 400 °C. En esta region una estructura mas blanda y tenaz es formada (Troostite) Alternativamente el,acero puede ser calentada a temperaturas de 400 to 700 oC (752 to 1292 oF) lo que resulta en una estructura mucho mas blanda conocida como Sorbita
Endurecimiento por precipitacion y envejecimiento La resistencia y la dureza de algunas aleaciones metálicas pueden aumentar por la formación de partículas extremadamente peque?as y uniformemente dispersas de algunasegunda fase dentro de la original fase matriz; esto se puede conseguir mediante un apropiado tratamiento térmico denominado endurecimiento por precipitación por que las peque?as partículas de nuevasfases se denominan “precipitados”. Este procedimiento también se denomina “endurecimiento por envejecimiento” porque el endurecimiento se desarrolla con el tiempo, como en las aleaciones envejecidas.Las aleaciones aluminio-cobre, aluminio-silicio, cobre-berilio, cobre-esta?o, magnesioaluminio y algunas aleaciones férreas son ejemplos de aleaciones endurecidas por tratamientos de precipitación.El endurecimiento por precipitación y el revenido del acero templado son fenómenos completamente distintos, aunque los procedimientos del tratamiento térmico sean similares; por lo tanto, estosprocesos no se deben confundir. La principal diferencia radica en los mecanismos desarrollados para endurecer y aumentar la resistencia, lo que resulta evidente al explicar el endurecimiento porprecipitación. El envejecimiento térmico, también conocido como endurecimiento por precipitación es un tratamiento térmico para endurecer, es decir, aumentar la dureza y resistencia de las aleaciones. Se basa en la deposición de fases metaestables en forma finamente dividida, de modo que forma una barrera eficaz contra los movimientos de las dislocaciones. La resistencia a la fluencia de las aleaciones así tratadas puede aumentar hasta 300 MPa.