INICIACIÓN A LA CIENCIA DE LOS MATERIALES 1.- CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES 2.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 3.- ESFUERZOS EN LOS MATERIALES. 4.- INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS. 5.- ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES. 6.- MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. 7.- ELECCIÓN DEL MATERIAL MÁS APROPIADO. 8.- USO RACIONAL DE LOS MATERIALES. 9.- RESIDUOS INDUSTRIALES

1.- CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES NATURALES: se encuentran en la naturaleza (madera, lana, etc.). ARTIFICIALES: Se obtienen a partir de los materiales naturales (hormigón, aleaciones, etc). SINTÉTICOS: Se obtienen a partir de materiales artificiales (plásticos principalmente).

2.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

3.- ESFUERZOS EN LOS MATERIALES

4.- INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS Con objeto de averiguar si un material es más adecuado para soportar alguno o varios de los esfuerzos estudiados anteriormente, se le somete a una serie de pruebas en las que se determina cada una de las propiedades mecánicas, así como la resistencia a un determinado esfuerzo. Entre los ensayos para determinar las propiedades mecánicas de los materiales tenemos: - Ensayo de tracción. - Ensayo de fatiga. - Ensayo de dureza. - Ensayo de resiliencia.

4.- INTRODUCCIÓN A LOS ENSAYOS Con objeto de averiguar si un material es más adecuado para soportar alguno o varios de los esfuerzos estudiados anteriormente, se le somete a una serie de pruebas en las que se determina cada una de las propiedades mecánicas, así como la resistencia a un determinado esfuerzo. Entre los ensayos para determinar las propiedades mecánicas de los materiales tenemos: - Ensayo de tracción. - Ensayo de fatiga. - Ensayo de dureza. - Ensayo de resiliencia.

ENSAYO DE TRACCIÓN Se realiza en la máquina universal de ensayos.

ENSAYO DE FATIGA Si a un material se le aplican tensiones repetitivas (cíclicas) de tracción, compresión, flexión, torsión, etc., comenzaremos por medir los valores de los esfuerzos a que están sometidas las piezas. Existe un valor de por debajo del cual no se produce rotura por fatiga. Es el límite de fatiga.

ENSAYO DE DUREZA -Un ejemplo es el ensayo de dureza Brinell.

Para ello se utiliza el péndulo Charpy. ENSAYO DE RESILIENCIA Para ello se utiliza el péndulo Charpy.

5.- ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES Redes cristalinas metálicas

BCC ( cúbica centrada en el cuerpo)

FCC ( cúbica centrada en las caras)

HCP (hexagonal compacta)

SOLIDIFICACIÓN DE LOS METALES To = Temperatura de solidificación. Si la velocidad de enfriamiento es lenta → Grano grueso. Si la velocidad de enfriamiento es rápida → Grano fino.

MÉTODO PARA DISMINUIR EL TAMAÑO DE GRANO: PROPIEDADES DE LOS METALES EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE SOLIDIFICACIÓN Si el tamaño de grano es pequeño, mejoran: la resistencia, elasticidad, dureza y tenacidad. MÉTODO PARA DISMINUIR EL TAMAÑO DE GRANO: Fragmentación de los núcleos ya formados mediante enfriamiento lento, al mismo tiempo que se agita la masa mientras se va solidificando.

TRANSFORMACIONES AL ENFRIAR O CALENTAR EL HIERRO PURO

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO

CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS FERRITA (Feα ) Es una solución sólida de carbono en hierro alfa. La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red BCC, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. CEMENTITA (Fe3C) Es carburo de hierro Fe3C y contiene 6.67% C. Es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza Brinell de 700 y cristaliza en la red ortorrómbica. PERLITA Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita. Compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8%C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la tracción de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C. Su nombre se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas.

CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS AUSTENITA Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8% al 2% C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130°C. No es estable a la temperatura ambiente. La austenita cristaliza en la red FCC, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magnética. MARTENSITA Es el constituyente de los aceros cuando están templados, es magnética y después de la cementita es el componente más duro del acero. BAINITA Es el constituyente que se obtiene en la transformación isotérmica de la austenita cuando la temperatura del baño de enfriamiento es de 250ºC a 500°C. La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita.

6.- MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. Las curvas ttt (transformación-tiempo-temperatura) nos sirven para estudiar los tratamientos térmicos.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS 1.- Temple. El tratamiento térmico del templado consta de tres pasos: - Se calienta el acero a una temperatura elevada. - Se mantiene la temperatura anterior el tiempo necesario para que ésta se homogenice en todo el volumen de la pieza a templar (este tiempo se estima experimentalmente para cada pieza, aunque se puede calcular aproximadamente) - Se enfría el sistema en un medio adecuado a una velocidad superior a la crítica de temple con objeto de obtener una estructura martensítica, y así mejorar la dureza y resistencia del acero tratado.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS 2. - Revenido: Tratamiento térmico que consiste en calentar el acero templado hasta temperaturas por debajo de A1, manteniendo la temperatura el tiempo necesario, para después enfriar a la velocidad adecuada. Su objetivo es eliminar las tensiones internas y estabilizar la estructura martensítica y aumentar la plasticidad. Permite que, en los diversos volúmenes, las deformaciones elásticas se conviertan en plásticas, disminuyendo la tensión.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS 3.- Recocido: Tratamiento térmico que consiste en calentar la pieza hasta una temperatura dada. Posteriormente el acero es sometido a un proceso de enfriamiento lento en el interior del horno apagado. De esta forma se obtienen estructuras de equilibrio. Son generalmente tratamientos iniciales mediante los cuales se ablanda el acero. 4.- Normalizado. El normalizado consiste en calentar rápidamente el material hasta una temperatura crítica (30–50ºC por encima de A3 o Am), manteniéndose durante un tiempo en ella. El enfriamiento posterior se realiza al aire, dando lugar a la recristalización y afino de la perlita.

RECOCIDO Y NOMALIZADO

7.- ELECCIÓN DEL MATERIAL MÁS APROPIADO.