Ingeniera Mecnica y Elctrica
CIENCIAS AGROPECUARIAS
ING. AGROINDUSTRAL CURSO: ORGANOS DE MAQUINAS Y MECANISMO TEMA:
INFORME PROCESO DE FABRICACION PROFESOR: Ing. Olivera Aldana Mario
ALUMNO: Marn Silva Darwin
Linares Vsquez Jos Luis
Palomino Cancino Waldir Ruggeri Alayo bardales Carlos
Ortiz Aguilar Jorge
Cerna campos Williams CICLO: VINDICE:3PROCESOS DE
FABRICACION
31.MATERIALES:
32.Clasificacin de los procesos de fabricacin:
32.1.. Tratamiento trmico:
32.2..Tratamiento qumico:
33.Procesos de fabricacin:
53.1.Metalurgia extractiva:
53.2.Fundicin:
63.3.Moldeo :
63.4.Pulvimetalurgia:
73.5.Mecanizado por arranque de viruta:
84.Procesos que provocan el desprendimiento de viruta:
84.1.Torneado:
94.2.Taladrado:
104.5.Fresado:
114.6.Brochado:
114.7.Cepillado:
114.8.Rimado:
125.Acabado de superficies:
125.1.Pulido:
125.2.Recubrimiento:
136.Unin de piezas y/o materiales
136.1.Uniones temporales
136.2.Uniones permanentes:
157.PROPIEDADES DE LOS MATERIALES:
157.1.Propiedades Mecnicas:
157.2.Propiedades Fsicas:
157.3.Propiedades Elctricas:
157.4.Propiedades Magnticas:
167.5.Propiedades pticas:
167.6.Propiedades Trmicas:
167.7.Propiedades Qumicas:
178.OTRAS PROPIEDADES:
189.NATURALEZA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
189.1.MATERIALES METALICOS
199.2.MATERIALES NO METLICOS
2310.SOLIDIFICACIN Y ALEACIN DE LOS METALES, DIAGRAMA HHC
2511.PROPIEDADES DE LOS METALES
2611.1.Resistencia a la tensin
2711.2.Dureza
2812.BIBLIOGRAFIA
PROCESOS DE FABRICACION1. MATERIALES:
Los materiales son las sustancias que se componen de materias
primas transformadas mediante procesos fsicos y/o qumicos, y que
son utilizados para fabricar productos.
Ejemplo de materiales son los tableros de madera, el plstico,
lminas de metal, etc.
Desde el comienzo de la civilizacin, los materiales junto con la
energa han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de
vida. Como los productos estn fabricados a base de materiales,
estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. 2.
Clasificacin de los procesos de fabricacin:Un material metlico
puede cambiar sus propiedades si luego de extrado se le aplican
ciertas condiciones, cambiando as sus propiedades como la
resistencia, tenacidad, ductilidad, elasticidad.
Existen los tratamientos trmicos y los tratamientos qumicos.2.1.
. Tratamiento trmico: Conjunto de operaciones de calentamiento y
enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo
de permanencia, velocidad, presin, etc., con el fin de mejorar sus
propiedades mecnicas, especialmente la dureza, la resistencia y la
elasticidad.2.2. .Tratamiento qumico: Es todo aquel en el cual se
mejoran las propiedades de un material con la utilizacin de agentes
qumicos y en algunos casos electricidad (galvanizado). Al mejorar
las propiedades de los materiales, puede permitir aeronaves ms
ligeras pero ms resistentes que si utilizaran materiales ms puros,
dando facilidad a los diseadores de crear estructuras ms eficientes
que de otra manera no serian factibles.3. Procesos de
fabricacin:
Entre estos procesos encontramos:
3.1. Metalurgia extractiva: Es el estudio de los procesos
utilizados en la separacin y concentracin de materia prima. Cubre
todos los aspectos qumicos y fsicos de los procesos utilizados para
producir materiales metlicos o que contengan minerales en ellos, es
comn que el producto resultante pase por diferentes procesos extra
antes de llegar a su destino final.3.2. Fundicin: Es un proceso de
manufactura en el cual un material en estado lquido es vertido en
un molde, el cual posee la forma que se desea tenga el material y
se deja enfriar. Por lo general los materiales utilizados en la
fundicin son metlicos, pero tambin es utilizado en plsticos. Se
utiliza para hacer formas complejas que de otra manera sera muy
costoso hacer.
3.3. Moldeo : El moldeo por inyeccin es un proceso
ambientalmente ms favorable comparado con la fabricacin de papel,
la tala de rboles o cromados y consiste en inyectar un polmero,
cermico o un metal1 en estado fundido (o ahulado) en un molde
cerrado a presin y fro, a travs de un orificio pequeo llamado
compuerta. La popularidad de este mtodo se explica con la
versatilidad de piezas que pueden fabricarse, la rapidez de
fabricacin, el diseo escalable desde procesos de prototipos rpidos,
altos niveles de produccin y bajos costos, alta o baja
automatizacin segn el costo de la pieza, geometras muy complicadas
que seran imposibles por otras tcnicas.
3.4. Pulvimetalurgia: Es el de mezclar diferentes materiales en
forma de polvo fino, compactarlos en la forma deseada y calentarlos
en una atmosfera controlada para unirlos.Consta por lo general de 4
etapas: creacin del polvo, unin de los materiales, compactar los
materiales, sintetizarlos.3.5. Mecanizado por arranque de viruta:
En este proceso el material es cortado con una herramienta lo que
ocasiona que exista un desperdicio de viruta, puede ser poco
preciso (desbastado) o de acabado.
Todos estos procesos tienen importancia para la aeronutica, cada
uno a su manera
4. Procesos que provocan el desprendimiento de viruta:La mayor
diferencia entre los siguientes procesos son la herramienta que
utilizan y en que direccin trabajan.4.1. Torneado: Se utiliza una
herramienta llamada torno, es la mquina herramienta de mecanizado
ms difundida, la pieza se fija en el plato del torno, que realiza
el movimiento de corte girando sobre su eje, la cuchilla realiza el
movimiento de avance eliminando el material en los sitios precisos.
Trabaja en dos ejes, y es utilizado en piezas cilndricas.
4.2. Taladrado: La herramienta realiza el movimiento de corte
giratorio y de avance lineal, realizando el mecanizado de un
agujero o taladro tericamente del mismo dimetro que la broca y de
la profundidad deseada.
4.5. Fresado: En la fresadora el movimiento de corte lo tiene la
herramienta; que se denomina fresa, girando sobre su eje, el
movimiento de avance lo tiene la pieza, fijada sobre la mesa de la
fresadora que realiza este movimiento. Es junto al torno la mquina
herramienta ms universal y verstil. Tiene capacidad para moverse en
los tres ejes.
4.6. Brochado: El movimiento de corte lo realiza una herramienta
brocha de mltiples filos progresivos que van arrancando material de
la pieza con un movimiento lineal. se utilizan para hacer los
agujeros acanalados que tienen muchos engranajes que se montan en
cajas de velocidades para permitir su desplazamiento cuando se
efecta un cambio de velocidades. Es un proceso muy preciso y con
muy buen acabado superficial
4.7. Cepillado: Es un operacin de corte en la que se producen
superficies planas y diversas formas transversales, se hace con la
herramienta llamada cepillo, que es una mesa que se mueve en una
lnea recta un riel transversal horizontal que se puede mover
verticalmente por las guas de columna. La herramienta de corte se
fija a los cabezales y el maquinado se hace movindolas en lnea
recta.
4.8. Rimado:Se utiliza para agrandar agujeros previamente
taladrados con un taladro y darles un dimetro y acabado
preciso.
Estos diversos procesos son en extremo importantes en la
ingeniera aeronutica ya que tienen infinitos usos, ejemplo:
Despus de taladrar una pieza se utiliza la rimadora para que el
canal por el que pasa un perno sea del tamao correcto.5. Acabado de
superficies:
Es muy frecuente que, tras el proceso de repintado, aparezcan
pequeos defectos en la ltima capa aplicada que se pueden eliminar
directamente por procesos de pulido, sin necesidad de un repintado
de la pieza con el consiguiente ahorro de tiempo y materiales.5.1.
Pulido: El proceso de pulido es un proceso de lijado ultrafino, en
varios pasos que combina el uso de abrasivos convencionales de
grano muy fino (para el lijado y eliminacin de los defectos) con el
uso de abrasivos en pasta (en una suspensin sobre un aceite).
De igual manera que en el proceso de lijado en seco la repeticin
de pasos con granos progresivamente menores permiten disminuir el
tamao del araazo, en el proceso de pulido se elimina el defecto y
se elimina cualquier posible araazo en la laca por el empleo de
abrasivos progresivamente ms finos.
5.2. Recubrimiento: La mayora de los productos fabricados de
materiales metlicos requieren de alguna forma de acabado de
pintura, la tecnologa para aplicar estos acabados vara en la
complejidad desde mtodos manuales simples tcnicas automticas
altamente sofisticadas. Por lo tanto se recubren con pinturas
orgnicas o inorgnicas.
En aeronutica el acabado es muy importante cuando hablamos en
trminos de aerodinmica, ya que si la superficie de la aeronave
tiene imperfecciones o es muy rugosa, la resistencia al avance
debida a la friccin con el aire aumenta, reduciendo la eficiencia
aerodinmica de la aeronave.6. Unin de piezas y/o materialesExisten
dos tipos de uniones utilizadas en ingeniera:
6.1. Uniones temporales: Son aquellas uniones que utilizan,
pernos, tornillos, pasadores, etc. Como lo expresa su nombre puede
retirarse el elemento mecnico que mantiene la unin.6.2. Uniones
permanentes: Son las soldaduras, adhesivos y remaches. Una vez
aplicadas no pueden deshacerse y la unin es permanente. Muchos
elementos estructurales de una aeronave estn unidos con pernos o
remaches, en la estructura del ala podemos encontrar uniones con
pernos de acero, mientras que en la chapa metlica que recubre a la
aeronave podemos encontrar que est sujeta con remaches.
Los remaches siempre se encontraran en mayor cantidad en una
aeronave convencional que los pernos.
7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES:El comportamiento de los
materiales queda definido por su estructura, a nivel microscpico,
la estructura electrnica de un tomo determina la naturaleza de los
enlaces atmicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades
mecnicas.
En forma general, las propiedades se separan para su estudio
en:
7.1. Propiedades Mecnicas:Estn relacionadas con la forma en que
reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos.
Un ejemplo lo constituye la transmisin de la energa del motor de
un automvil hasta las ruedas.
Conformarse por tcnicas de deformacin plstica.
Permitir deslizamientos superficiales.
Trabajar en el campo de las bajas, medias o altas
temperaturas.
Ejemplos: Aceros, aluminio, polmeros, sper aleaciones,
refractarios, cermicos y otros.
7.2. Propiedades Fsicas:
Se refiere a las caractersticas de los materiales debido al
ordenamiento atmico o molecular del mismo. Dependen de la
estructura y procesamiento del material. Describen caractersticas
como color, conductividad elctrica o trmica, magnetismo y
comportamiento ptico, generalmente no se alteran por fuerza que
actan sobre el material. Pueden dividirse en: elctricas, magnticas
y pticas.
7.3. Propiedades Elctricas:
Describe el comportamiento elctrico del metal. Existe tambin el
comportamiento dielctrico, propio de los materiales que impiden el
paso de la corriente elctrica.
La energa elctrica, Ee, viene definida por la interaccin de la
intensidad elctrica, I, con el campo, de diferencia de potencial
V.
Los materiales destinados a transmitir energa elctrica deben ser
capaces de permitir el paso de intensidades, I, en campos
elctricos, V, y tiempos definidos, t. Se distinguen aplicaciones
muy diferenciadas segn la permisividad a transmitir la energa
elctrica. Permisividad que es indicada por la relacin I/V
denominada conductancia.7.4. Propiedades Magnticas:El
comportamiento magntico est determinado por las interacciones entre
dipolos magnticos, estos dipolos a su vez estn dados por la
estructura electrnica del material. Por lo tanto, al modificar la
micro estructura, la composicin o el procesamiento se pueden
alterar las propiedades magnticas.
La energa magntica, EB, viene definida por la interaccin entre
la intensidad magntica, induccin B, y el campo magntico, H.
En una primera aplicacin, los materiales destinados a transmitir
energa magntica son capaces de permitir el paso de flujos
magnticos, B, en campos magnticos, H. La permisividad a conducir
flujos magnticos es definida por la permeabilidad, como la
conductancia en conduccin elctrica, relaciona la intensidad
inducida, B, con el campo magntico, H.
7.5. Propiedades pticas:
Se relacionan con la interrelacin entre un material y las
radiaciones electromagnticas en forma de ondas o partculas de
energa, conocidas como fotones. Estas radiaciones pueden tener
caractersticas que entren en nuestro espectro de luz visible, o ser
invisibles para el ojo humano. Esta interaccin produce una
diversidad deefectos como absorcin, transmisin, reflexin, refraccin
y un comportamiento electrnico.
Determina como pasa la luz a travs de los slidos. Pueden ser
transparentes, traslcidos u opacos.
7.6. Propiedades Trmicas:
Observamos en esta energa dos funciones: almacenamiento y
transmisin. En el almacenamiento, la energa trmica, Q, viene
definida por la interaccin de la capacidad trmica, Cp, en la masa,
m, y la temperatura, T. La transmisin de energa trmica, Q, se
realiza por la interaccin del coeficiente de transmisin, K,
caracterstico del material, y la temperatura. El almacenamiento y
transmisin de calor incide en variaciones de los niveles trmicos,
T, y ello implica variaciones dimensionales, L. Estas variaciones
dimensionales L se plantean como funcin del coeficiente de
dilatacin a y del incremento de temperatura T.
Ejemplos: Refractarios, aleaciones en alta temperatura.
7.7. Propiedades Qumicas:La energa qumica, Eq, involucra las
reacciones electroqumicas, tanto en la electrodeposicin, forma
directa, como en la corrosin, forma inversa; y viene definida por
la interaccin de la diferencia de potencia, E, entre los estados
inicial y final del elemento, y la carga electrnica
intercambiada.
8. OTRAS PROPIEDADES:
Adherencia:
Atraccin o unin entre las molculas prximas de los cuerpos.
Maleabilidad:
Propiedad que tienen los materiales para formar aleaciones que
dan lugar a nuevos materiales mejorando sus prestaciones. En todas
las aleaciones un componente como mnimo tiene que ser un metal.
Capilaridad:
Es la cualidad que posee una sustancia de absorber a otra.
Compresibilidad:
Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los
cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presin o
compresin determinada manteniendo constantes otros parmetros. Los
slidos a nivel molecular no se pueden comprimir.
Divisibilidad:
Propiedad en virtud de la cual los cuerpos slidos pueden
fraccionarse hasta el lmite molecular.
Extensin:
Capacidad para ocupar una parte de espacio. (Superficie,
volumen, longitud).
Impenetrabilidad:
Propiedad que impide que un cuerpo est en el lugar que ocupa
otro.
Inercia:
Resistencia que opone un cuerpo para salir de su estado de
reposo, para cambiar las condiciones de movimiento o cesar en l sin
aplicacin de alguna fuerza.
Magnetismo:
Propiedad que tienen algunos metales para a atraer al hierro. El
acero puede convertirse en imn si se desea. Tambin se pueden
producir electroimanes.
9. NATURALEZA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
La manera ms general de clasificacin de los materiales es la
siguiente:
A. Metlicos B. No metlicos
Ferrosos Orgnicos
No ferrosos Inorgnicos
9.1. MATERIALES METALICOS
Metales Ferrosos
Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal
componente es el fierro, sus principales caractersticas son su gran
resistencia a la tensin y dureza. Las principales aleaciones se
logran con el estao, plata, platino, manganeso, vanadio y
titanio.
Los principales productos representantes de los materiales
metlicos son:
Fundicin de hierro gris
Hierro maleable
Aceros
Fundicin de hierro blanco
Su temperatura de fusin va desde los 1360C hasta los 1425C y uno
de sus principales problemas es la corrosin.
Metales no Ferrosos
Por lo regular tienen menor resistencia a la tensin y dureza que
los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosin es
superior. Su costo es alto en comparacin a los materiales ferrosos
pero con el aumento de su demanda y las nuevas tcnicas de extraccin
y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos,
con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los ltimos
aos. Los principales metales no ferrosos utilizados en la
manufactura son: Aluminio Plomo Cobre Titanio Magnesio Zinc
Nquel
Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como
elementos complementarios de los metales ferrosos, tambin son muy
tiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades
fsicas y de ingeniera cubren determinadas exigencias o condiciones
de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estao) y el latn
(cobre zinc).9.2. MATERIALES NO METLICOS
Materiales orgnicos
Son as considerados cuando contienen clulas de vegetales o
animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en lquidos
orgnicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en
el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los
representantes de este grupo son:
Plsticos
Productos del petrleo
Madera
Papel
Hule
Piel Materiales Inorgnicos
Son todos aquellos que no proceden de clulas animales o
vegetales o relacionadas con el carbn. Por lo regular se pueden
disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las
sustancias orgnicas. Algunos de los materiales inorgnicos ms
utilizados en la manufactura son:
Los minerales
El cemento
La cermica
El vidrio
El grafito (carbn mineral)
Los materiales sean metlicos o no metlicos, orgnicos o
inorgnicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a
ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un
conjunto de procesos para lograr las caractersticas requeridas en
tareas especficas. Estos procesos han requerido del desarrollo de
tcnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento
necesario para cumplir con requerimientos prcticos. Tambin estos
procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto
que esto puede significar varias veces el costo original del
material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirn
directamente en el costo de los materiales y los artculos que
integraran.
Los procesos de manufactura implicados en la conversin de los
materiales originales en materiales tiles para el hombre requieren
de estudios especiales para lograr su mejor aplicacin, desarrollo y
disminucin de costo. En la ingeniera la transformacin de los
materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en
casi todos los casos de ello depender el xito o fracaso del uso de
un material. ESTRUCTURA DE LOS METALES
Todos los materiales estn integrados por tomos los que se
organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se
trate y el estado en el que se encuentra. Cuando un material se
encuentra en forma de gas, sus tomos estn ms dispersos o
desordenados (a una mayor distancia uno de otro) en comparacin con
los tomos de ese mismo material pero en estado lquido o slido.
Existen materiales en los que sus tomos siempre estn en desorden o
desalineados an en su estado slido, a estos materiales se les llama
materiales amorfos, un ejemplo es el vidrio, al que se considera
como un lquido solidificado.
En el caso de los metales, cuando estos estn en su estado slido,
sus tomos se alinean de manera regular en forma de mallas
tridimensionales. Estas mallas pueden ser identificadas fcilmente
por sus propiedades qumicas, fsicas o por medio de los rayos X.
Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su
temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrpico.
Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no
obstante que se trata del mismo material, as por ejemplo en el caso
del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tres
diferentes tipos de mallas: la malla cbica de cuerpo centrado, la
malla cbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta. Cada
una de estas estructuras atmicas tiene diferentes nmeros de tomos,
como se puede ver en las siguientes figuras.
La malla cbica de cuerpo de cuerpo centrado. Es la estructura
que tiene el hierro a temperatura ambiente, se conoce como hierro
alfa. Tiene tomos en cada uno de los vrtices del cubo que integra a
su estructura y un tomo en el centro. Tambin se encuentran con esta
estructura el cromo, el molibdeno y el tungsteno.
La malla cbica de cara centrada aparece en el hierro cuando su
temperatura se eleva a aproximadamente a 910C, se conoce como
hierro gamma. Tiene tomos en los vrtices y en cada una de sus
caras, su cambio es notado adems de por los rayos X por la
modificacin de sus propiedades elctricas, por la absorcin de calor
y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada el
aluminio, la plata, el cobre, el oro, el nquel, el plomo y el
platino son algunos de los metales que tienen esta estructura de
malla.La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el
berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es una estructura que no
permite la maleabilidad y la ductilidad, es frgil.Modificar a una
malla de un metal permite la participacin de ms tomos en una sola
molcula, estos tomos pueden ser de un material aleado como el carbn
en el caso del hierro, lo que implica que se puede diluir ms carbn
en un tomo de hierro. Si se tiene en cuenta que el carbn es el que,
en ciertas proporciones, da la dureza al hierro, entonces lo que se
hace al cambiar la estructura del hierro es permitir que se diluya
ms carbn, con lo que se modifican sus propiedades. Otra de las
caractersticas de los metales que influye notablemente en sus
propiedades es el tamao de grano, el cual depende de la velocidad
de enfriamiento en la solidificacin del metal, la extensin y la
naturaleza del calentamiento que sufri el metal al ser calentado.
GRANO DE LAS ESTRUCTURAS METLICASCuando un metal en su estado
lquido se enfra sus cristales se van solidificando formando
estructuras dendrticas, las que crecen uniformes hasta que se
encuentran con otra estructura que tambin ha estado creciendo, en
ese lugar de encuentro de las dos estructuras se forman los lmites
de los granos de los materiales. Entre ms lento el enfriamiento de
un material, mayor uniformidad en el crecimiento de los granos, o
sea estos sern de menor tamao. Un material con granos pequeos ser
ms duro que un con granos grandes, debido a que los granos grandes
tienden a fracturarse y deslizarse uno sobre el otro, lo que no
sucede con los granos pequeos. La mejor forma de determinar el
tamao de grano de un material es por medio de microscopio
metalrgico, el que acta por medio de un rayo de luz que se lanza
sobre una superficie pulida al espejo y limpiada con una mezcla de
3% de cido ntrico y 97% de alcohol, para eliminar lo que se conoce
como metal untado. Microscopio para la medicin de grano en un
metal
10. SOLIDIFICACIN Y ALEACIN DE LOS METALES, DIAGRAMA HHC
Los metales al ser calentados pueden modificar su estado fsico
pasando por varias etapas, las que van desde la alteracin de
algunas de sus propiedades hasta en cambio de su estado slido al
lquido. El qu tan rpido o con qu tanta energa se logra un cambio de
estado en un metal depender de los materiales que lo integran. Se
debe recordar que casi nunca se utilizan metales puros. A la
combinacin qumica de dos o ms metales se le llama aleacin y las
propiedades de las aleaciones dependen tambin de los metales que la
integran. Algunas de las aleaciones ms utilizadas en los procesos
de manufactura son:
Latn rojo o amarillo (cobre zinc)
Bronce (cobre, estao, zinc, plomo)
Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc
Hierro, carbn, cobalto, tungsteno, vanadio, etc.
Cobre, oro, plata Existen tablas y normas internacionales que
especifican la nomenclatura y los componentes especficos de cada
una de las diferentes aleaciones. Las aleaciones antes sealadas son
slo algunas de las ms, existen cientos ms de ellas.
Una de las herramientas que nos permiten conocer de manera
sencilla y rpida algunas de las caractersticas de las aleaciones
son los diagramas de las aleaciones. Uno de los diagramas de
aleaciones ms conocido y utilizado del
Hierro y el carbono. Tambin conocido como diagrama hierro,
hierro, carbono
(HHC). Con este diagrama se pueden obtener las temperaturas de
cambio de sus estructuras cristalinas; tambin se pueden conocer las
temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. En
funcin a la cantidad de carbn que contiene el metal se puede
estimar la temperatura a la que se derretir y a la que se volver
pastoso.
En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se
ubica el porcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro
y en el eje vertical se sealan las temperaturas a las que van
sucediendo los cambios sealados en el cuerpo de la grfica.
Al conocer la cantidad de carbono que tiene un hierro se pueden
estimar la temperatura a la que se debe elevar para que se den los
diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se
tiene un hierro con 0.4% de carbn, se deber elevar su temperatura
hasta los 723C para que el hierro alfa y la perlita empiecen a
convertirse en austenita y ferrita. Aproximadamente a los
800C ese mismo hierro cambiar su estructura a hierro gamma, en
donde su componente principal es la austenita, a los 1480C empieza
a fundirse y arriba de los 1520C se ha fundido todo.
A los hierros que estn debajo de 0.8% de carbn se les llama
hipoeutectoides y a aquellos que tienen ms de 0.8% de carbn se
llaman hipereutectoides. El punto eutctico es aquel en el que se
logra la mxima dilusin de carbn posible en un hierro a la menor
temperatura. En caso de los hierros con carbn el punto eutctico se
da con 0.8% de carbn y a 723C.
Cada vez que se rebasa una zona en la grfica de HHC, se est
cambiando de estructura en el hierro que se est tratando.
HIERROS Y ACEROS De acuerdo al diagrama de hierro, hierro,
carbono el hierro puede aceptar determinadas cantidades de carbn
diluidas, estas cantidades nunca son superiores al 4%. En los casos
en los que se rebasa el 4% de carbn el hierro es de muy baja
calidad.
Los hierros ms utilizados en los procesos de manufactura son los
siguientes:
Hierro dulce C < 0.01
Aceros C entre 0.1 y 0.2 %
Hierro fundido C > 2.0% pero < 4.0%
Algunos ejemplos de los materiales producidos con los diferentes
hierros:
Fierro "puro". Por lo regular es utilizado para la generacin de
aleaciones especiales.
Hierro forjado. Lmina negra o material para la formacin de
objetos por medio de laminado o forja.
Acero. Materiales con requerimientos especiales de resistencia a
la traccin, friccin y tenacidad.
Hierro fundido. Artculos sin gran calidad pero con gran dureza y
muy frgiles.
11. PROPIEDADES DE LOS METALES
Las principales propiedades de los materiales incluyen densidad,
presin de vapor, expansin trmica, conductividad trmica, propiedades
elctricas y magnticas, as como las propiedades de ingeniera.
En los procesos de manufactura son de gran importancia las
propiedades de ingeniera, de las que destacan las siguientes:
Resistencia a la tensin
Resistencia a la compresin
Resistencia a la torsin
Ductilidad
Prueba al impacto o de durabilidad
Dureza Cada una de las propiedades antes sealadas requiere de un
anlisis especfico y detallado, lo que se da en asignaturas como las
de ciencia de materiales y resistencia de materiales. A continuacin
slo se presentan algunas de sus principales caractersticas. 11.1.
Resistencia a la tensinSe determina por el estirado de los dos
extremos de una probeta con dimensiones perfectamente determinadas
y con marcas previamente hechas. Al aplicar fuerza en los dos
extremos se mide la deformacin relacionndola con la fuerza aplicada
hasta que la probeta rebasa su lmite de deformacin elstica y se
deforma permanentemente o se rompe. Los resultados de las pruebas
de resistencia a la tensin se plasman en series de curvas que
describen el comportamiento de los materiales al ser estirados.
Varias de las caractersticas de ingeniera se proporcionan con
relacin a la resistencia a la tensin. As en algunas ocasiones se
tienen referencias como las siguientes: La resistencia al corte de
un material es generalmente el 50% del esfuerzo a la tensin.
La resistencia a la torsin es alrededor del 75% de la
resistencia a la tensin.
La resistencia a la compresin de materiales relativamente
frgiles es de tres o cuatro veces la resistencia a la tensin.
En los siguientes diagramas se muestran algunos de los
procedimientos comunes para aplicar las pruebas de resistencia al
corte, la compresin, la fatiga o durabilidad, el impacto, la torsin
y de dureza.
11.2. Dureza
Por lo regular se obtiene por medio del mtodo denominado
resistencia a la penetracin, la cual consiste en medir la marca
producida por un penetrador con caractersticas perfectamente
definidas y una carga tambin definida; entre ms profunda es la
marca generada por el penetrador de menor dureza es el
material.
Existen varias escalas de dureza, estas dependen del tipo de
penetradores que se utilizan y las normas que se apliquen. Las
principales pruebas de dureza son Rockwell, Brinell y Vickers.
Las dos primeras utilizan penetradores con cargas para generar
marcas en los metales a probar, posteriormente se mide la
profundidad de las marcas. En algunas publicaciones se considera a
la prueba Rockwell como la prueba del sistema ingls y a la Brinell
como la del sistema mtrico. (Observe las tablas de relacin de
durezas)
La dureza Vickers se logra por medio de una prueba denominada
los mtodos
Escleroscpico Shore en el que consiste en dejar caer un
martinete de diamante de 2,3 g, sobre el material a probar y medir
la altura del rebote. A mayor rebote mayor ser su dureza.11.3. LOS
ACEROS ALEADOSSe da el nombre de aceros aleados a los aceros que
adems de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fsforo y
azufre, contienen tambin cantidades relativamente importantes de
otros elementos como el cromo, nquel, molibdeno, etc., que sirven
para mejorar alguna de sus caractersticas fundamentales. Tambin
puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los
cuatro elementos diferentes del carbono antes citado, en mayor
cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los
aceros al carbono, y cuyos lmites superiores suelen ser
generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y
S=0.100%.
Los elementos de aleacin que ms frecuentemente suelen utilizarse
para la fabricacin de aceros aleados son: nquel, manganeso, cromo,
vanadio, wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio,
circonio, plomo, Selenio, aluminio, boro y Niobio.
Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran
espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las
mismas. En elementos de mquinas y motores se llegan a alcanzar
grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos
que mantengan elevadas resistencias, an a altas temperaturas. Hay
aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos,
piezas de maquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la
accin de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de
formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple,
etc.
La tendencia que tienen ciertos elementos a disolverse en la
ferrita o formar soluciones slidas con el hierro alfa, y la
tendencia que en cambio tienen otros a formar carburos.
la influencia de los elementos de aleacin en los diagramas de
equilibrio de los aceros (Elevacin o descenso de las temperaturas
crticas de los diagramas de equilibrio y las temperaturas Ac y Ar
correspondientes a calentamientos y enfriamientos relativamente
lentos, modificaciones en el contenido de carbono del acero
eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir los campos
austenticos o ferrticos correspondientes a los diagramas de
equilibrio, y otras influencias tambin relacionadas con el diagrama
hierro-carbono, como la tendencia a grafitizar el carbono, a
modificar el tamao del grano, etcLa influencia de los elementos
aleados sobre la templabilidad.La influencia que tienen en retardar
el ablandamiento que se produce en el revenido.Existen otras
influencias diversas, como mejoras en la resistencia a la corrosin,
resistencia al calor, resistencia a la abrasin, etc., las cuales se
deben directa o indirectamente a alguna de las variaciones o
fenmenos citados anteriormente.12. BIBLIOGRAFIA DISEO DE ELEMENTOS
DE MAQUINAS (4 ED.)
ROBERT L. MOTT
PRENTICE HALL MEXICO, 2006 DISEO EN INGENIERIA MECANICA DE
SHIGLEY (9 ED.)
RICHARD BUDYNAS
MCGRAW-HILL, 2012
MAQUINAS HERRAMIENTAS: APUNTES DE TALLER 3: ENGRANAJES
MARTIN CARAZO LOPEZ
EDICIONES UPC, 200328 | Pgina