Materiales Conocimientos Generales 1.2 Tecnología de materiales 1.2.1 Defectos en materiales 1.2.2 Propiedades. 1.2.3 Naturaleza y cambios en estado sólido 1.2.4 Metales ferrosos, noferrosos y plásticos 1.2.5 Manufactura. 1.2.6 Procesos de fundición y soldadura. 1.2.7 Procesos con deformación plástica. 1.2.8 Laminación, Forjado, pulvimetalúrgia, otros. 1.2.9 Maquinado y terminación superficial

MATERIALES- CONOCIMIENTOS GENERALES ESTRUCTURAS ATÓMICAS ESTRUCTURAS MICROESTRUCTURAS MATERIALES COMPUESTOS TECNOLOGÍA DE MATERIALES MATERIALES METÁLICOS DEFECTOS EN LOS MATERIALES

La estructura electrónica del átomo determina el tipo de enlace entre varios átomos. esto produce distintas microestructuras La microestructura determina las propiedades del material Ing ALBA OBRUTSKY

UNIONES ATOMICAS COVALENTES: átomos que comparten uno o mas electrones. IONICAS: los átomos pierden o ganan uno o varios electrones. (igual que el caso anterior, cuanto menos electrones posee el átomo mayor es la energía de ligadura) METALICA: átomos con pocos electrones en la capa exterior, luego estos son fácilmente separables, formando una ”nube” que es compartida. Van der WAALS: uniones débiles, formados por dipolos (formados por desequilibrio entre cargas positivas y negativas del núcleo)

ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES Principales características de las uniones

ESTRUCTURAS DE LOS MATERIALES Principales características de las uniones

ORDENAMIENTO ATÓMICO (cristales)

ORDENAMIENTO ATÓMICO EN METALES-MODELO DE ESFERAS RIGIDAS hcp fcc bcc

MATERIALES METALICOS Granos

Metales- Propiedades Elasticidad y buena resiliencia: resortes Buena ductilidad y resistencia Pueden ser conformados en frío o caliente. Elasticidad y buena resiliencia: resortes Buena resistencia a la corrosión: aleación cobre-niquel Biocompatibilidad (buena resistencia a la corrosión y óseo-integración) : titanio, cobalto, circonio y sus aleaciones

Materiales Cerámicos Resistencia a la corrosión en ambientes corrosivos. Bajo coef. De rozamiento Buena resist. Al choque térmico. Buena tenacidad (modernos) Oxido de Circonio y Alúmina Mala conductividad térmica y eléctrica (Aislantes).Alto punto de fusión

Polímeros- Propiedades Reemplazo del acero y cerámicos en múltiples aplicaciones, UHMW-PE (polietileno de alto peso molecular) Bajo costo, poco peso, facil de conformar Baja conductibilidad térmica y eléctrica

Polímeros-Aplicaciones muelles de altas prestaciones Juntas de expansión Elastómeros de alta elasticidad

DIAGRAMAS DE FASES DE ALEACIONES Los diagramas de fase son una herramienta muy útil para los metalurgistas y se utilizan en los siguientes temas: Diseño de nuevas aleaciones Selección de temperaturas de trabajado en caliente durante la fabricación. Selección de temperaturas para realizar los tratamientos térmicos de aleaciones. Análisis de fallas cuando no se cumple con una especificada performance en servicio.

DIAGRAMAS DE FASES DE Terminología FASE: Todos los materiales que existen en estado sólido,líquido o gaseoso. EQUILIBRIO: Estable, metaestable e inestable. FASES METAESTABLES: determinadas estructuras cristalinas obtenidas por ej. con enfriamientos rápidos. SISTEMAS: Substancias o grupos de substancias ailadas del medio. DIAGRAMA DE FASES: sinónimo de diagrama constitucional o diagrama de equilibrio. COMPONENTES DE UN SISTEMA: binario(dos componentes) ternarios (tres componentes) etc.

CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES SOLUCION SÓLIDA TOTAL

CAMBIOS EN ESTADO SÓLIDO DIAGRAMAS DE FASES SOLUCION SÓLIDA PARCIAL

DIAGRAMAS DE FASES ---Fe-C

Fases producidas en Hierro y Acero

Temperaturas de cambio de fases-terminología

DIAGRAMAS DE FASES Fe-C

DIAGRAMAS DE FASES Fe-C

MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONO Enfriamiento Lento

MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONO Enfriamiento lento Acero Eutectoide

MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONO Enfriamiento lento Acero HipoEutectoide

MICROESTRUCTURAS ACERO AL CARBONO Enfriamiento lento Acero HiperEutectoide

Curvas de Transformación Temperatura Tiempo Transformación del acero (no hay difusión atómica) Sobre los 914°C estructura fcc, bajo esta temperatura estructura bcc Tasa de transformación depende de la temperatura

Curvas TTT Indican las transformaciones con respecto a la velocidad de enfriamiento Desde el inicio al final de la transformación

Curvas TTT - Acero al carbono Línea I: No hay transformación perlítica, pasa directo a martensita Línea II: Transformación incompleta de perlita, la fracción de austenita que queda se transforma en martensita Línea III: Acero Perlítico Bainita = ferrita + cementita Ing ALBA OBRUTSKY 30

Microestructura-Curva TTT

Microestructura-Curva TTT

Tratamientos Térmicos Templado: Se calienta el acero hasta obtener austenita. Luego se enfría rápidamente para obtener martensita.

Tratamientos Térmicos Recocido: Cuando hay deformación en frío, se calienta hasta la transformación austenítica y se enfría lentamente en un horno. Libera las tensiones, baja la densidad de dislocaciones, disminuye la dureza, se afina el grano. Revenido: Se calienta el acero después del temple a una temperatura menor a la de transformación austenítica y se deja enfriar al aire o aceite.

Tratamientos Térmicos Normalizado: Se calienta el acero unos pocos grados sobre la temperatura de transformación austenítica, se mantiene ahí el tiempo suficiente para obtener una completa transformación en austenita. Luego se deja enfriar al aire.

Ejercicio Ing ALBA OBRUTSKY 37

Efecto de % carbono en Curvas TTT

Efecto de aleantes en Curvas TTT

Endurecimiento por Precipitación Solubilidad sólida disminuye a medida que la temperatura decrece Enfriamiento lento, baja fuerza impulsora, baja tasa de nucleación, núcleos gruesos bastante separados Enfriamiento rápido, alta fuerza impulsora, alta tasa de nucleación, núcleos pequeños separados por poca distancia

RIGIDEZ DE UN MATERIAL Ley de Hooke σ = E.ε E=Módulo Elástico

MATERIALES COMPUESTOS Dos o más materiales distintos se combinen para formar un material compuesto cuyas propiedades sean superiores. De acuerdo al material de la matriz: compuestos poliméricos metálicos o cerámicos el segundo elemento puede presentarse como: * fibras (fibras de carbono, de boro de aluminio de vidrio) * partículas (SiC, Al2O3, TiC, TiB2, B4C) Ejemplos tradicionales : Ladrillos de adobe, hormigón armado, fibra de vidrio, la baquelita reforzada con resina epoxídica

MATERIALES COMPUESTOS Cerámicos compuestos Fibras de vidrio en matriz polimérica Placas de alúmina en metal

MATERIALES COMPUESTOS

MATERIALES COMPUESTOS

Adhesivos son usados extensamente para unir materiales, los cuales son usados “principalmente en la industria aeronautica

Tipos de defectos producidos por los pegamentos

POLIMEROS Según sus propiedades mecánicas a temperatura se clasifican en: Termoplásticos: ablandan al calentarse Termoestables: endurecen al calentarse y no se ablandan si siguen calentándose. Sensibles a radiación, temp., velocidad de deformación, medio ambiente.

POLIMEROS

POLIMEROS

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS METALURGICOS Fabricación primaria Fabricación Secundaria Procesos de Terminación Procesos de transformación DISCONTINUIDADES Y DEFECTOS

CONFORMADO DE METALES SOLIDIFICACION O SINTERIZADO CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA CONFORMADO CON ARRANQUE DE VIRUTA.

PROCESOS DE FABRICACION PRIMARIA Cilíndricos Palanquilla Si el metal fundido no se destina a la fabricación de piezas, entonces lo corriente es verterlo en un molde para la obtención de lingotes. En la fundición de lingotes es importante controlar cuidadosamente el sistema de enfriamiento, ya que se debe realizar en forma gradual y progresiva Ing ALBA OBRUTSKY

FABRICACION PRIMARIA El metal fundido se vierte en un molde en el cual el metal solidifica generalmente es cilíndrico o en forma de barra de sección poligonal. Los lingotes y las palanquillas se destinan a procesos de transformación. forja, laminado y extrusión. Se emplean para la fabricación posterior de alambre, tubos y perfiles Ing ALBA OBRUTSKY

FABRICACION PRIMARIA Segregaciones en el lingote producen bandeado durante el laminado o forjado, lo cual origina propiedades inhomogéneas y hasta comportamientos inesperados en los tratamientos posteriores

FABRICACION PRIMARIA Rechupes pueden ser eliminados en los lingotes, pero si se producen puentes y tubos éstos no son fácilmente detectables en planta y pueden producir laminados o forjados defectuosos.

FABRICACION PRIMARIA LINGOTES: FISURAS INTERGRANULARES POR H (mas de 5 ppm disuelto de los moldes) 1ppm puede producir caída de tenacidad en aceros de alta resistencia.

FABRICACION PRIMARIA Inclusiones exógenos o trozos de electrodos no fundidos pueden caer en el baño y producir problemas en el forjado posterior

ESTRUCTURA DE UN LINGOTE La segregación en forma de "V" se encuentra en las secciones longitudinales de los grandes lingotes. Presenta trozos angulares, en forma de "v", normal o invertida que se producen por una segregación positiva. Aparecen como líneas convergentes de una vena liquida, lo cual sugiere que estas líneas se han originado a partir de corrientes existentes en un metal líquido que solidifico rápidamente. Ing ALBA OBRUTSKY

ORIGEN DE LAS DISCONTINUIDADES LINGOTES LINGOTES CILINDRICOS “BILLET” Ing ALBA OBRUTSKY

DEFECTOS EN LINGOTES FISURAS SEGREGACIONES INCLUSIONES POROSIDAD RECHUPES DESGARRO LAMINAR Ing ALBA OBRUTSKY

DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS Ing ALBA OBRUTSKY

DEFECTOLOGÍA EN PIEZAS FUNDIDAS POROSIDAD (SUPERFICIAL Y SUBSUPERFICIAL) MICRO– RECHUPES (SUBSUPERFICIAL) RECHUPES INTERNOS (CAVIDADES SUPERFICIALES O SUBSUPERFICIALES) GOTA FRÍA (SALPICADURA DE METAL EN LA PARED DEL MOLDE) DESGARRO LAMINAR EN CALIENTE SOPLADURAS (SUPERFICIALES) COSTURAS (GRIETAS ALARGADAS) VENAS (INCLUSIONES NO METÁLICAS DEFORMADAS EN LA DIRECCIÓN DEL LAMINADO) En una pieza fundida pueden aparecer distintos tipos de defectos dependiendo del diseño de la pieza y del sistema de alimentación de metal liquido, cálculo de la bajada y del canal de colada, y de los agujeros de escape de gases. Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES EN PIEZAS FUNDIDAS Ing ALBA OBRUTSKY

CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

PROCESOS DE FABRICACION SECUNDARIA Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES DE FABRICACION SECUNDARIA INCLUSIONES AGUJEROS INTERNOS COSTURAS DESGARROS PLIEGUES LAMINACIONES SEGREGACIONES INCLUSIONES COSTURAS INCLUSIONES COSTURAS Y PLIEGUES Ing ALBA OBRUTSKY

LAMINACIÓN a)Poca deformación b)Alta deformación c)Deformación repetida y defectos (ej. Segregaciones) Defectos por la expanción lateral

DISCONTINUIDADES DE LAMINACION Las costuras son discontinuidades superficiales y en las barras terminadas presentaran como líneas rectas o espiraladas continuas o interrumpidas Estas pueden ser ocasionadas por pliegues en el metal debidos a un laminado incorrecto Ing ALBA OBRUTSKY

DICONTINUIDADES DE LAMINACION Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS

DISCONTINUIDADES DE LAMINACION DE BARRAS Diez tipos de defectos que pueden encontrarse en laminación de barras

DISCONTINUIDADES DE FORMA Y LAMINACION   Ing ALBA OBRUTSKY

FORJADO

FORJADO-Defectos típicos

DISCONTINUIDADES DE FORJA La forja es un proceso por el que se da una forma al metal martillándolo a presión. La mayoría de las operaciones de forja se efectúan en caliente, aunque algunos metales también se trabajan en frío. Se utiliza en la fabricación de piezas de forma sencilla y uniforme que requieren buenas propiedades mecánicas. La forja es uno de los procesos realizados con el material a temperaturas superiores a la de su recristalización. La temperatura de recristalización se define como aquella en la que los cristales deformados se recristalizan en una estructura libre de tensiones. Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES DE FORJA BURST Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES DE FORJA

DISCONTINUIDADES TIPICAS DE FORJA DE ALEACIONES DE ALUMINIO (o Mg)

DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PM Diferencia de densidades Fisura durante enfriamiento

DISCONTINUIDADES TIPICAS DE PIEZAS FABRICADAS POR PM Zonas no sinterizadas

PROCESOS DE TERMINACION Y MAQUINADO FISURA BAJO CORDON POROSIDADES FALTA DE FUSION MARCAS DE MECANIZADO GRIETAS Y FISURAS Ing ALBA OBRUTSKY

MAQUINADO

Maquinado por métodos no tradicional Chorro de agua

PROCESOS DE SOLDADURA Manual con electrodo revestido Automática por arco sumergido con aporte y gas activo (MAG) Automática por arco sumergido con aporte y gas inerte (MIG) Automática sin aporte y gas inerte (TIG) Ing ALBA OBRUTSKY

DEFECTOS EN SOLDADURA FISURA BAJO CORDON Ing ALBA OBRUTSKY

DEFECTOS EN SOLDADURA

DEFECTOS EN SOLDADURA Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES EN EL AMOLADO Ing ALBA OBRUTSKY

PROCESOS DE TRANSFORMACION TRATAMIENTOS TERMICOS RECUBRIMIENTOS METALICOS Ing ALBA OBRUTSKY

TRATAMIENTOS TERMICOS TRATAMIENTOS TERMICOS DE TRANSFORMACION Recocido : de ablandamiento Normalizado: con enfriamiento lento Temple por enfriamiento brusco Tratamiento de Endurecimiento: desde la temperatura critica (aceite, agua y aire) Temple por inducción (Calentamiento Local, enfriamiento brusco) Revenido: Tratamiento de alivio de tensiones. TRATAMIENTOS TERMOQUIMIC0S: Cementación, Nitruración. RECUBRIMIENTOS METALICOS: Niquelado, Cromado, Plateado Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES DE TRANSFORMACION RECUBRIMIENTOS METALICOS TRATAMIENTOS TERMICOS Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES PRODUCIDAS EN TRATAMIENTOS TERMICOS Ing ALBA OBRUTSKY

RECUBRIMIENTOS METÁLICOS NIQUELADO CROMADO PLATEADO Se realizan: En una pieza para protegerlas superficialmente contra el desgaste y la corrosión. Requieren :Buena preparación de la superficie limpieza y decapado mediante ataque químico. DISCONTINUIDADES Falta de adherencia Espesor de la capa de recubrimiento no uniforme. Ing ALBA OBRUTSKY

DISCONTINUIDADES POR FATIGA Ing ALBA OBRUTSKY

Defectos producidos en servicio por corrosión

Cuando controlo los defectos? Como? AREA DE END PORQUE USAR UN DETERMINADO PROCEDIMIENTO? 1.-Aceptable en pasos de fabricación 2.-Aceptable en la inspección final 3.-Aceptable en servicio Verificar que tipo de defecto es aceptable.(Evaluación de Integridad)

Que hay que controlar? END PUEDE SER DIVIDIDA EN NUEVE AREAS DIFERENTES:

Unidades en el sistema internacional (SI)