Tema VIII Materiales Metálicos Objetivos

Presentación del tema: "Tema VIII Materiales Metálicos Objetivos"— Transcripción de la presentación:

1 Tema VIII Materiales Metálicos Objetivos Adquirir los conocimientos básicos sobre los diferentes grupos de materiales metálicos y sus aplicaciones. Seleccionar materiales metálicos para aplicaciones determinadas.

2 Tema VIII Materiales Metálicos Sumario
Aceros. Elementos de aleación. Aceros de construcción. Composición y aplicaciones. Tratamientos térmicos. Aceros de herramientas. Composición y aplicaciones. Aceros para herramientas de corte y de conformar. Aceros con propiedades especiales. Aceros inoxidables y termoresistentes. Composición y aplicaciones. Tratamientos térmicos. Aleaciones no ferrosas. Principales aleaciones base Aluminio y Cobre. Características y aplicaciones. Clasificación de las aleaciones no ferrosas. Bibliografía Básica : Metalografía, Tomo II, A. P. Guliaev, pp W. Callister , pp

3 Selección de materiales en el diseño
Función Propiedades Forma Material Proceso Tecnológico

4 Propiedades a tener en cuenta en el proceso de selección
Propiedades Mecánicas Propiedades Físicas Propiedades Químicas Propiedades Organolépticas Masa / Superficie

5 Otros factores a tener en cuenta
Disponibilidad Maquinabilidad Estetica Precio Medio Ambiente

6 Clasificacion de los materiales
Aleaciones ferrosas Metales Aleaciones no férreas Compuestos Cerámicos Polímeros

7 Metales

8 Los elementos de aleación
se adicionan intencionalmente variar estructura y propiedades. Los aceros donde se usan elementos de aleación reciben el nombre de aceros aleados

9 Influencia de los e.a en el acero
En el polimorfismo del Fe Estabilizan la ferrita: Cr, Si, Al, W, Mo, Ti Estabilizan la austenita: Mn, Ni En la estructura Carburizantes :Cr, Mn, W, Mo.. Grafitizantes : C, Si, Al

10 Formas en que aparecen los e.a.
Como elementos puros (Cu, Pb, Ag) En forma de compuestos intermetálicos con el Fe o entre sí (Mn, Al, etc) En forma de inclusiones no metálicas (sulfuros, óxidos, nitratos) En fase de carburos simples o complejos (Cr, W, Ti, V, Nb, Mo, Fe) Disueltos en s.s. (Mn, Si, Cr, Ni, …)

11 Principales propiedades mecánicas

12 Influencia de los elementos de aleación en la posición del punto eutectoide del diagrama Fe-C

13 Influencia en la dureza
Disueltos en la ferrita

14 Influencia en la resiliencia
Disueltos en la ferrita

15 Influencia de los e. a. en la cinética de descomp. de la austenita
Influencia de los e. a. en la cinética de descomp. de la austenita. (disueltos y formando carburos) Templabilidad Bainita 1: Acero al carbono 2: Acero aleado con elementos que no forman carburos (exc. Al y Co) 1: Acero al carbono 2: Acero con elementos que forman carburos

16 Efectos específicos de los principales elementos de aleación
Solubilidad en Efecto sobre la ferrita Templabilidad Influencia sobre los carburos Funciones austenita ferrita Formac. en revenido Al 1.1% 36% Endurece en solución sólida Aumenta ligeramente Negativa. Grafitizante Desoxidante. En óxido y nitruro reduce tamaño de grano Cr 12.8%, 20% con 0.5% C limitada Endurece un poco. Eleva resist corrosión Aumenta moderadamente Mayor que el Mn y menor que el W Mediana resistencia al ablandamiento Aumenta resistencia a altas temperaturas Eleva resistencia a la abrasión y desgaste (con cont altos) Co Ilimitada 75% Muy endurecedor en soluc sólida Disminuye cuando está disuelto No forma Mantiene la dureza Mejora la dureza en caliente cuando está en solución

17 Efectos específicos de los principales elementos de aleación
Solubilidad en Efecto sobre la ferrita Templabilidad Influencia sobre los carburos Funciones austenita ferrita Formación en revenido Mn ilimitada 3% Muy endurecedor Disminuye la plasticidad Aumenta moderadamente Mayor que el hierro y menor que el cromo Poca influencia en % normanles Elemina la fragilidad del azufre Muy económica para aumentar la templabilidad Se utiliza en aceros para muelles Mo 3%, 8% con 0.3% C 37.5% Origina envejecimiento en las aleaciones altas en Fe-Mo Aumenta mucho la templabilidad, mayor que el cromo Grande, mayor que el cromo Se opone al ablandamiento y aparece la dureza secundaria Reduce el tamaño del grano austenítico. Elimina fragilidad de revenido Aumenta la dureza en caliente, y mejora la resistencia al CREEP. Aumenta la resistencia a la corrosión en los aceros inoxidables. Forma partículas resistentes ala corrosión

18 Efectos específicos de los principales elementos de aleación
Solubilidad en Efecto sobre la ferrita Templabilidad Influencia sobre los carburos Funciones austenita ferrita Formación en revenido Ni Ilimitada 10% (independiente del % C) Endurece y mejora la tenacidad Aumenta y tiende a la austenitización Negativa. Grafitizante Poca Aumenta la resistencia de los aceros recocidos Aumenta la tenacidad de los aceros Hace austeníticos los aceros al cromo P 0.5% 2.8% independiente del % C Muiy endurecedor cuando está en solución sólida Aumenta moderadamente Nula Aumenta la resistencia en los aceros bajos en carbono Mejora la resistencia a la corrosión Mejora la maquinabilidad en los aceros bajos en C

19 Efectos específicos de los principales elementos de aleación
Solubilidad en Efecto sobre la ferrita Templabilidad Influencia sobre los carburos Funciones austenita ferrita Formación en revenido Si 2% (9% con 0.35%C) 18.5% (No influye el %C Endurece con pérdida de plasticidad Aumenta moderadamente Negativa Grafitizane Mantiene la dureza cuando está en solución sólida Se usa como desoxidante Se utiliza para aceros de chapas magnéticas y en aplicaciones eléctricas Mejora la resistencia a la oxidación Aumenta la templabilidad de los aceros. Aumenta la resistencia de los aceros de baja aleación. Se utiliza para aceros de muelles Ti 0.75% (1% con 0.2% C) 6% Origina envejecimiento en las aleaciones Fe-Ti altas en Titanio Aumenta fuertemente cuando está disuelto. Disminuye cuando está en forma de carburos. La mayor conocida En forma de carburos no ejerce influencia importante. Hay algo de endurecimiento secundario Fija el carbono en forma de partículas inertes. Reduce la dureza de la martensita y la templabilidad en los aceros con contenido medio de cromo. Dificulta la formación de austenita en los aceros altos en cromo. Protege contra la corrosión intercristalina

20 Efectos específicos de los principales elementos de aleación
Solubilidad en Efecto sobre la ferrita Templabilidad Influencia sobre los carburos Funciones austenita ferrita Formación en revenido W 6% (11% con 0.25% C) 33% Origina envejecimiento en las aleaciones altas en Volframio) Aumenta fuertemente cuando está en pequeñas cantidades Muy fuerte Se opone al ablandamiento y aparece la dureza secundaria Forma carburos duros y resistentes a la abrasión en los aceros de herramientas. Mejora la dureza y la resistencia de los aceros a las altas temperaturas. V 1% (4% con 0.2% C) Ilimitada Endurece moderadamente cuando está en solución sólida Cuando está disuelto aumenta fuertemente Favorece en gran medida la aparición de dureza secundaria Eleva la temperatura del crecimiento del grano austenítico (Favorece la estructura de grano fino) Aumenta la templabilidad cuando está disuelto Dificulta el ablandamiento durante el revenido y da lugar de manera muy acusada al fenómeno de dureza secundaria.

21 Clasificacion de los aceros
Construcciòn Herramientas Propiedades fisico-quimicas especiales

22 Aceros de Construcción
Grupo de aplicación general Piezas con requerimientos diversos Piezas con dimensiones y formas diversas Variado contenido de carbono Presencia de diferentes EA en poco % Pensados para el TT

23 Aceros de Construcción

24 Aceros de Herramientas
Grupo de aplicación particular Piezas con requerimientos típicos Piezas con dimensiones y formas típicas Elevado contenido de carbono EA formadores de carburos Casi siempre con TT, algunos complejos

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26 Aceros Inoxidables La introducción en el acero de más de 12% de Cr hace que sea resistente a la corrosión en la atmósfera y en otros medios 13, 17, 27% Cr

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28 Clasificación de los aceros Inoxidables
Microestructura: Aceros martensíticos Aceros ferríticos Aceros austeníticos Composición Química: Al Cr o al Cr-Ni 4XX 2XX , 3XX

29 Diagrama estructural de los aceros inoxidables 

30 Martensíticos Son magnéticos Pueden trabajarse en frío y en caliente
% C entre 0.2-1,2 y de Cr de 12 a 18% Son magnéticos Pueden trabajarse en frío y en caliente Buena tenacidad, maquinables, baja soldabilidad Su T.T es similar a los aceros al C o de baja aleación Se utilizan para piezas de gran resistencia a la rotura, al desgaste y a la corrosión (ejes, válvulas, instrumental quirúrgico, cuchillas) 2X13, 3X13, 4X13 (GOST), 410, 440 (AISI)

31 Ciencia de los Materiales II
Aceros ferríticos 14-27% de Cr y C< 0.1% No endurecen por T.T , por deformación en frío moderadamente Son magnéticos Pueden trabajarse en frío o en caliente Alcanzan su máxima ductilidad y resistencia a la corrosión en estado de recocido y tienen buena soldabilidad Se utilizan para usos domésticos y en la industria química y alimenticia, aplicaciones arquitectónicas y decorativas X13, X14, 12X17, 15X28(GOST) 430 (AISI) Ciencia de los Materiales II Conferencia 3

32 Aceros austeníticos Cr-Ni , Cr-Ni-Mn que estabilizan la fase austenítica Son esencialmente no magnéticos No endurecen por T.T y se homogenizan con enfriamiento en agua desde °C Poseen mayor resistencia a la corrosión que los martensíticos y ferríticos y presentan buena resistencia a la tracción, ductilidad y tenacidad, buena soldabilidad 12X18H8, 17X18H9, 15X17AГ14(GOST) 301, 304,316 (AISI)

33 Aceros refractarios.  Se caracteriza por su resistencia a la oxidación a altas temperaturas. R. a la destrucción química de la superficie en medios gaseosos (Aleados con Cr,Al,Si) T>550 oC Trabajan sin carga o cargados débilmente.

34 q       Aceros termoresistentes.
Resistencia a altas temperaturas: Aptitud del material para soportar cargas mecánicas a temperaturas elevadas σ > σf T> T rec Termofluencia.

35 Metales No Ferrosos Propiedades del Al
Cristaliza en la red cúbica centrada en las caras y no tiene modificaciones alotrópicas Poca densidad (2,7 g/cm3) Baja temperatura de fusión (600 oC) Alta plasticidad (Elongación 40%) Poca resistencia mecánica (60 MPa) Gran conductibilidad térmica y eléctrica (65% la del Cu) Resistencia a la corrosión Impurezas típicas (Fe,Si)

36 Elementos de Aleación típicos
Al-Cu (Tratables) Al-Mg Al-Mn Al-Si (modificable)

37 Metales No Ferrosos Propiedades del Cu
Cristaliza en la red cúbica centrada en las caras y no tiene modificaciones alotrópicas Alta densidad (8,9 g/cm3) Alta temperatura de fusión (1083 oC) Alta plasticidad (Elongación 30%) Buena resistencia mecánica (200 MPa) Gran conductibilidad térmica y eléctrica Resistencia a la corrosión Impurezas típicas (As,Sb)

38 Principales aleaciones base Cu.
Latones (Cu-Zn) Bronces (Cu-Sn, ….)

39 Latones Latones alfa (>61% Cu) Latones alfa+beta (55-61 %Cu)

40 Latones Latones alfa Mayor Plasticidad Latones alfa+beta
Mayor Resistencia

41 Bronces al estaño

42 Propiedades de los bronces al Sn

43 Otros tipos de bronces Al Aluminio: Mejores propiedades mecanicas que en el Cu-Sn Al silicio: Idem al anterior Al berilio: Elevada dureza y elasticidad.

44 Aleaciones Base Ti Densidad del Ti (4.5 g/cm3) T fusion 1668 grados
E alto Aleado Resistencia a la traccion 1400 MPa Muy ductiles y faciles de maquinar y forjar R corrosion elevada Limitacion: Caras

45 Aplicaciones Aviacion, estructura de aviones Implantes
Industria del petroleo y la industra quimica

46 Aleaciones base Mg Mg Densidad 1.7g/cm3 Blando y bajo E
Dificil de deformar en frio por lo que se usa fundido o forjado en caliente T fusion 651 grados E.a Al, Mn, Zn Aleaciones: Algunas pueden endurecerse por TT

47 Aplicaciones Piezas para automoviles (timon, columnas, cajas de velocidad, asientos) Equipaje Articulos electronicos (celulares, videos, laptops, TV, etc)

48 Estudio Individual/Seminario
Aceros típicos en cada grupo Marcaje según AISI y GOST Aplicaciones Aplicaciones de las aleaciones no ferrosas