• Author / Uploaded
• Esteban Padilla

• Categories
• Cobre
• Aluminio
• Rieles
• Metal no ferroso
• Hierro

Citation preview

Módulo ES12105-01

Metalurgia Para la Instrumentación

MAPA DEL CURSO El mapa del curso muestra todos los módulos del primer nivel del currículo de Instrumentación. El orden sugerido de formación empieza en la parte inferior y continúa hacia arriba. Los niveles de habilidad aumentan a medida que avanza en el mapa del curso. El Patrocinador Local del Programa de Formación puede ajustar el orden de la formación. NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN

ES12111 TUBOS

ES12112 TUBERÍAS – 2 PULGADAS O MÁS ABAJO

ES12113 TUBOS FLEXIBLES

ES12108 JUNTAS Y EMPAQUETADO

ES12109 LUBRICANTES, SELLADORES Y LIMPIADORES

ES12110 FLUJO, PRESIÓN, NIVEL Y TEMPERATURA

ES12107 PLANOS Y DOCUMENTOS DE INSTRUMENTOS PRIMERA PARTE ES12106 AMARRES

ES12105 METALURGIA PARA PARA LA INSTRUMENTACIÓN

ESTÁ AQUÍ

ES12103 HERRAMIENTAS ELÉCTRICAS PARA LA INSTRUMENTACIÓN

ES12104 SISTEMAS ELÉCTRICOS PARA LA INSTRUMENTACIÓN

ES12101 HERRAMIENTAS MANUALES PARA LA INSTRUMENTACIÓN

ES12102 SEGURIDAD ELÉCTRICA

CURRÍCULO BÁSICO CMAP105.EPS

Copyright © 2001 National Center for Construction Education and Research, Gainesville, FL 32614-1104. Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este trabajo se podrá reproducir de ninguna manera o mediante ningún medio, incluyendo fotocopias, sin la autorización por escrito de la editorial.

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.iii

CONTENIDOS DEL MÓDULO ES12105 1.0.0 INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 2.0.0 METALES FERROSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 2.1.0 Hierro Colado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 2.2.0 Acero con Bajo Contenido de Carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 2.3.0 Acero con Contenido Medio de Carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 2.4.0 Acero con Alto Contenido de Carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 2.5.0 Acero Inoxidable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 2.6.0 Acero Rápido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 2.7.0 Acero de Baja Aleación y Alta Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 3.0.0 METALES NO FERROSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 3.1.0 Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 3.2.0 Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 3.3.0 Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4 3.4.0 Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4 3.5.0 Titanio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4 3.6.0 Aleaciones de Níquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4 3.7.0 Plomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5 3.8.0 Tántalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5 4.0.0 PROPIEDADES DE LOS METALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5 4.1.0 Dureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.5 4.2.0 Ductilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.6 4.3.0 4.4.0 4.5.0 4.6.0 4.7.0

Maleabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.6 Tenacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.6 Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.6 Resistencia a la Tracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.7 Elasticidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.7

5.0.0 CLASIFICACIÓN DE LOS METALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.8 5.1.0 Acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.8 5.1.1 Identificación del Material de Acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.9 5.2.0 Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.10 5.3.0 Aleaciones de Magnesio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.13 5.4.0 Hierro Colado Gris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.13 5.5.0 Acero Inoxidable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.13 6.0.0 APLICACIONES DE LOS METALES EN LOS TRABAJOS DE INSTRUMENTACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.13 RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.16 PREGUNTAS DE REPASO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.16 GLOSARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.17 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.18

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.v

Figuras Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8

Comparación de los ensayos de dureza Brinell . . . . .5.6 Medición de la ductilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.6 Ensayos de distorsión de metales . . . . . . . . . . . . . . . .5.7 Ejemplo de una muestra del ensayo de tracción de un metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.7 Ensayo de resistencia a la tracción . . . . . . . . . . . . . . .5.7 Ensayo de elasticidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.8 Sistemas SAE y AISI para la clasificación del acero . .5.8 Marcas de clasificación de ASTM y SAE . . . . . . . . .5.15

Tablas Tabla 1 Tabla 2 Tabla 3 Tabla 4 Tabla 5 Tabla 6 Tabla 7 Tabla 8 Tabla 9 Tabla 10

5.vi

Clasificaciones del Acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.9 Identificación de Metales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.10 Ensayos de Limas Para el Acero . . . . . . . . . . . . . . . .5.10 Sistema de Numeración de las Aleaciones de Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.10 Designaciones de las Aleaciones de Aluminio Forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.11 Designaciones del Temple de las Aleaciones de Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.12 Designaciones de las Aleaciones Fundidas de Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.12 Ejemplos de Aleaciones Fundidas de Aluminio . . . .5.12 Designaciones de las Aleaciones de Magnesio de ASTM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.13 Designaciones del Hierro Colado Gris . . . . . . . . . . .5.14

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

MÓDULO ES12105

Metalurgia Para la Instrumentación OBJETIVOS Cuando haya completado este módulo, será capaz de hacer lo siguiente: 1. Definir metalurgia. 2. Identificar tipos de metales comunes. 3. Describir los usos y las aplicaciones de los metales en la instrumentación.

Prerrequisitos Antes de comenzar este módulo, se recomienda completar con éxito los siguientes módulos: Currículo Básico, Nivel Uno de Instrumentación, Módulos del ES12101 al ES12104.

Materiales Necesarios para el Alumno 1. Lápiz y papel 2. Equipo de protección personal apropiado

1.0.0 ◆ INTRODUCCIÓN En la metalurgia es necesario entender los tipos, propiedades y métodos de tratamiento térmico de los metales. Existen dos clases de metalurgia: química y física. La metalurgia química trata de la extracción de los metales a partir de sus minerales y de la mezcla de metales para formar aleaciones. La metalurgia física se ocupa del comportamiento de los metales durante diversas operaciones. Muchos metales y productos químicos no son compatibles entre ellos y no se deben combinar ni entrar en contacto nunca. Se podrían producir reacciones peligrosas capaces de lesionar o incluso matar al personal. Esto incluye la combinación de metales con otros metales o de metales con productos químicos. Estas son algunas de las mezclas incompatibles:

• Acetileno – El acetileno es incompatible con el cloro, el bromo, el cobre, el flúor la plata y el mercurio. • Cobre – El cobre es incompatible con el acetileno y con el peróxido de hidrógeno. • Hidrocarburos – Los hidrocarburos son incompatibles con el flúor, el cloro, el bromo, al ácido crómico y el peróxido de sodio. • Mercurio – El mercurio es incompatible con el acetileno, al ácido fulmínico y amoniaco. • Plata – La plata es incompatible con el acetileno, al ácido oxálico, el ácido tartárico, los compuestos de amonio y el ácido fulmínico. • Metales alcalinos – Los metales alcalinos son incompatibles con el agua, el tetracloruro de carbono u otros hidrocarburos de cloro, dióxido de carbono y halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo, astatina). Esta lista representa sólo unos pocos de los materiales incompatibles y se proporciona únicamente de manera informativa. Consulte siempre la Hoja de Datos de Seguridad (MSDS) para cada material específico antes de presuponer si es compatible o incompatible con otro material, y lea la información que le proporciona el fabricante acerca del material. Cuando dos metales diferentes se colocan juntos en un entorno corrosivo se produce una forma de corrosión llamada corrosión galvánica. La combinación de metales y el entorno corrosivo crean un circuito eléctrico que hará que uno de los metales sufra la corrosión. Los metales utilizados más habitualmente hoy en día son los metales ferrosos, o sea, aquellos que contienen hierro. El acero es el metal ferroso más habitual. La composición y las propiedades de los metales ferrosos se pueden cambiar si se añaden otros elementos que forman aleaciones y que proporcionan las propiedades deseadas. Entre los metales no ferrosos (no contienen hierro) se incluyen el aluminio, el cobre, el plomo, el

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.1

níquel, el estaño y el zinc, además del acero con muy poco o nada de hierro. Estos metales son resistentes a la corrosión y no son magnéticos.

2.0.0 ◆ METALES FERROSOS El hierro colado, el acero suave, el acero para herramientas, el acero rápido y los aceros de baja aleación y alta resistencia (HSLA) son todos metales ferrosos. Cada uno de estos metales tiene diferentes propiedades que los hacen apropiados o no para aplicaciones específicas. El hierro es blando en su forma pura. Por ello tiene muy poca utilidad. Los metales ferrosos se consiguen al añadir otros elementos, tales como el carbono, el manganeso o el silicio al hierro fundido. La cantidad de carbono añadida al hierro puro determina muchas de las propiedades de los metales ferrosos. El hierro colado y el acero son dos de los metales ferrosos más habituales. El hierro colado se obtiene al añadir carbono, silicio y manganeso al hierro. Este metal tiene entre un 2 y un 4 por ciento de carbono. Su diferencia con el acero es que este último tiene menos de un 2 por ciento de carbono. La cantidad de carbono en el acero determina principalmente su dureza y su resistencia. Los aceros de aleación de se forman por la adición de elementos como el cromo, el molibdeno, el níquel, el tungsteno o el vanadio, además del carbono. La temperatura del acero durante su formación también influye considerablemente en las propiedades del producto final.

2.1.0 Hierro Colado El hierro colado es una aleación de hierro, carbono, silicio y manganeso. Se trata de un metal frágil que se rompe en lugar de doblarse, cuando recibe un golpe o impacto. Entre los tipos de hierro colado están el hierro colado blanco y el gris. El blanco es muy duro y resiste el desgaste y la abrasión. Se utiliza para fabricar equipos de pulverización, trituradoras y maquinaria utilizada en la manipulación de materiales abrasivos. El hierro colado gris contiene escamas de grafito que reducen la resistencia del hierro. Se utiliza para aquellas aplicaciones en las que no se necesita resistencia ni tenacidad. Este tipo de hierro se puede mecanizar más fácilmente que el blanco. Normalmente se utiliza para fabricar bases de máquinas, bloques de motores y piezas de motores.

2.2.0 Acero con Bajo Contenido de Carbono Los aceros de bajo contenido de carbono, normalmente llamados aceros dulces o de máquina, contienen entre un 0.10 y un 0.30 por ciento de carbono.

5.2

Como este acero es fácil de forjar, soldar y mecanizar, se utiliza para fabricar bastidores de la carrocería de los coches, vigas l, cadenas, remaches, pernos, clavos, tornillos, arandelas y alambre para vallas. El acero con bajo contenido en carbono se reconoce fácilmente por su color negro.

2.3.0 Acero con Contenido Medio de Carbono El acero con un contenido medio da carbono contiene entre un 0.30 y un 0.60 por ciento de carbono y es más resistente y más duro que el de bajo contenido de carbono. Sin embargo, cuanto mayor es el contenido de carbono, más difícil resulta darle forma. Con este tipo de acero se utilizan diferentes procesos de tratamiento térmico para poder darle forma y a continuación se endurecen para darle resistencia. El acero de contenido medio de carbono se utiliza para elementos forjados pesados como por ejemplo los ejes, conductos, engranajes y ejes de accionamiento de los coches

2.4.0 Acero con Alto Contenido de Carbono El acero con alto contenido de carbono, normalmente llamado acero de herramientas, contiene entre un 0.60 y un 1.7 por ciento de carbono. El carbono adicional en este tipo de acero hace que sea aún más duro y más difícil de dar forma que el acero de contenido medio de carbono. Sin embargo, su dureza y resistencia son características muy importantes para fabricar una gran variedad de productos que requieren resistencia y durabilidad, como por ejemplo terrajas, machos, cinceles, palancas, martillos, cables de puentes y herramientas de mecanización.

2.5.0 Acero Inoxidable Los aceros de aleación, como por ejemplo los aceros inoxidables, se forman al añadir elementos tales como el cromo, el molibdeno, el níquel, el tungsteno y el vanadio, además del carbón. Para que un acero se llame acero inoxidable, debe contener al menos un 12 por ciento en peso de cromo. El American Iron and Steel Institute (AISI) reconoce más de 40 aleaciones diferentes como aceros inoxidables. Diferentes tipos de aceros inoxidables tienen diferentes propiedades. La mayoría de ellos son resistentes a la oxidación, la corrosión, el calor, la abrasión, los golpes y la fatiga. El acero inoxidable se utiliza a menudo en aplicaciones donde se necesita resistencia a la corrosión y donde hay que reducir el decapado causado por las temperaturas elevadas.

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

Las aleaciones de acero inoxidable se utilizan generalmente para fabricar tubos, tuberías y accesorios que se utilizan en el trabajo de instrumentación. Los aceros inoxidables más comunes (Tipo 304 y 316 de AISI) contienen cromo y níquel, pero no contienen manganeso.

metales o aleaciones especializados se utilizan raramente, excepto cuando se necesitan para una aplicación específica que requiere metales con propiedades especiales. Entre estos metales se incluyen el magnesio, el titanio, las aleaciones de níquel, el plomo y el tántalo.

2.6.0 Acero Rápido

3.1.0 Aluminio

Los aceros rápidos se forman mediante la adición de diferentes cantidades y combinaciones de tungsteno, cromo, vanadio, cobalto y molibdeno. Las herramientas de corte fabricadas con acero rápido mantienen los filos de corte a temperaturas en las que otros muchos aceros se romperían. Por este motivo, las herramientas de acero rápido se utilizan para mecanizar materiales duros a altas velocidades.

El aluminio se extrae de los minerales de bauxita que contienen óxido de aluminio, hierro y silicio. Es un metal blanco, ligero y blando que se utiliza en aquellas aplicaciones donde se necesita un metal ligero y no corrosivo. El aluminio normalmente se combina para formar aleaciones con el silicio, el hierro y el cobre, que aumentan su resistencia y su rigidez. Las aleaciones de aluminio son fuertes, resistentes a la corrosión y fáciles de cortar y dar forma. Cuando se expone al aire, la capa externa del aluminio se combina con el oxígeno y forma una capa fina de óxido de aluminio en la superficie. Esta película mantiene el oxígeno alejado del aluminio que hay debajo y evita que se continúe la corrosión. Por este motivo, el aluminio se utiliza muy a menudo en la fabricación de aeronaves, piezas de automóviles y latas para productos alimenticios. La oxidación es una película que se forma sobre la superficie del aluminio cuando se expone al aire. Esta capa es la que le proporciona al aluminio una buena resistencia a la corrosión. La oxidación no es evidente, ya que el metal mantiene una apariencia limpia y brillante. Cuando la capa de oxidación se retira del aluminio, se debe aplicar un compuesto antioxidante inmediatamente para evitar que se vuelva a formar el óxido. El aluminio a veces se utiliza como un conductor eléctrico. Sin embargo, la oxidación reduce su conductividad y el óxido se tendría que retirar si el metal se va a utilizar con este fin.

2.7.0 Acero de Baja Aleación y Alta Resistencia Los aceros de baja aleación y alta resistencia (HSLA) presentan un contenido máximo de carbono de 0.28 por ciento y pequeñas cantidades de vanadio, columbio, cobre y otros materiales de aleación. El acero HSLA presenta una resistencia mayor que el acero de contenido medio de carbono y es más económico que otros aceros de aleación. Tiene propiedades de resistencia incorporadas en el acero y no requiere tratamiento con calor. Además, tiene una dureza y una tenacidad mayores que las del acero al carbono, y también presenta unos límites más elevados de rotura a la fatiga. El acero de baja aleación y alta resistencia se puede utilizar sin pintar porque desarrolla una capa de óxido protectora al estar en contacto con la atmósfera.

3.0.0 ◆ METALES NO FERROSOS Los metales no ferrosos contienen muy poco o nada de hierro. Estos metales son resistentes a la corrosión y no son magnéticos. Se pueden utilizar en aquellas aplicaciones donde los metales ferrosos no serían apropiados. La mayor parte de las aleaciones y metales no ferrosos se pueden fundir o moldear mediante los procesos ordinarios de trabajar metales. También se pueden tratar con calor para darles propiedades especiales. Los metales no ferrosos utilizados más comúnmente son el aluminio, el magnesio, el cobre, el latón, el plomo, el níquel y el estaño. Los tubos de aluminio, cobre y latón se utilizan normalmente en instrumentación para las líneas de suministro neumáticas y para las líneas de señales. El hierro, el acero y el aluminio se utilizan habitualmente y se consideran metales estándar. Los

3.2.0 Cobre El cobre es un material blando, dúctil y maleable que es muy tenaz y muy fuerte. Es fácil darle forma y resiste la corrosión. Si se trabaja el cobre en frío, se puede endurecer. El cobre endurecido se puede recocer para hacerlo blando. Cuando el cobre endurecido se recuece, se calienta hasta unos 1100°F (600°C), y a continuación se enfría a temperatura ambiente. Este proceso le devuelve al cobre su carácter blando y dúctil original. El cobre es de color rojizo y es el segundo mejor conductor eléctrico después de la plata. Cobre con un 99.9 de pureza se utiliza generalmente como conductor eléctrico. A veces se combina con otros metales para formar aleaciones que conducen la electricidad tan bien como el cobre

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.3

puro pero presentan propiedades mecánicas mejores. Algunas de estas aleaciones son cobre con plomo, cobre con azufre y cobre con telurio. Tubos, tuberías, accesorios y otros productos se fabrican de aleaciones de cobre fundido en lugar de cobre puro. Éste no funde bien y es más caro que las otras aleaciones de cobre. Por ejemplo, el latón es una aleación de cobre con buenas propiedades mecánicas y tiene bajo coste. Existen numerosos tipos de tubos y tuberías de cobre que se utilizan en el trabajo de instrumentación. Los describiremos con mayor detenimiento en otros módulos de formación.

3.3.0 Latón El latón es una aleación de cobre y zinc. Se le puede dar forma fácilmente en frío. Se puede electrochapar con níquel o cromo para mejorar su aspecto. A medida que aumenta el porcentaje de zinc en el latón, la aleación se vuelve más amarilla debido a la corrosión. Este proceso de corrosión se denomina decincificación. El latón de fundición rojo contiene estaño como elemento endurecedor y plomo para mejorar su mecanizabilidad. A menudo se utiliza en válvulas de líneas de alta presión. El latón de fundición amarillo contiene zinc y aluminio, manganeso, silicio, níquel y hierro. Se utiliza para trabajos de fontanería, piezas de máquinas y piezas fundidas ornamentales.

3.4.0 Magnesio ¡ADVERTENCIA! El magnesio puro explota cuando se expone al agua.

El magnesio es un elemento. Siempre se combina con otros elementos para formar metales. El magnesio es más débil, más frágil y tiene propiedades más pobres que el aluminio a temperaturas elevadas. A menudo se combina con el aluminio o el zinc para formar aleaciones. Cuando se añade aluminio al magnesio se forma una aleación más endurecida. Si se añade zinc, el metal resultante tiene una buena resistencia a la corrosión. Las aleaciones de magnesio son de peso ligero y fáciles de mecanizar. Se pueden inyectar o extrudir fácilmente. Las aleaciones de magnesio se utilizan principalmente en aquellas aplicaciones donde se requiere un material de peso ligero. Se emplean muy a menudo en la industria aeronáutica y en electrodomésticos. De hecho, uno de los primeros electrodomésticos fabricados con aleación fundida

5.4

de magnesio que apareció en el mercado, fue una aspiradora vertical creada por Henry Dreyfuss para la Hoover Company en 1936.

3.5.0 Titanio El titanio es un metal resistente, de peso ligero y dúctil con una resistencia elevada a la corrosión ácida. Mantiene su resistencia a temperaturas de 300°F a 700°F (150°C a 370°C). No se utiliza muy a menudo en aplicaciones industriales porque es caro. Sin embargo, el titanio y las aleaciones de titanio se utilizan para fabricar remaches, tuercas, pernos, tornillos y otros elementos de ajuste.

3.6.0 Aleaciones de Níquel Las aleaciones de níquel son resistentes a la corrosión y presentan buenas propiedades para el trabajo en frío. A continuación describimos algunas de las aleaciones de níquel más utilizadas habitualmente. • Monel® es la marca que la International Nickel Corporation utiliza para varias de sus aleaciones de níquel y cobre. Monel® es muy resistente a la corrosión de la atmósfera. También presenta buena resistencia al agua salada, el ácido sulfúrico, a la mayoría de los alimentos y a muchos productos químicos. Su apariencia, fragilidad y otras propiedades son similares a las del acero inoxidable. A menudo se utiliza Monel® cuando se necesitan una resistencia y una ductilidad elevadas. También se puede trabajar en frío. Aunque las aleaciones de Monel® son difíciles de mecanizar, su capacidad para resistir la corrosión no disminuye con la soldadura. • Los aceros de níquel y cromo están hechos de níquel, hierro, cromo y carbón. La resistencia y la tenacidad de aceros de baja aleación aumentan cuando se añade níquel. El níquel también aumenta la templabilidad de los aceros de baja aleación. Los aceros de níquel y cromo se han designado por el American Iron and Steel Institute (AISI) y la Society of Automotive Engineers (SAE) como AISI 3100-9800 y SAE 3200-3400. • Los aceros de níquel están hechos de níquel, hierro y carbón. La resistencia, la tenacidad y la resistencia a la fatiga de aceros de baja aleación aumentan cuando se añade níquel. Los aceros de níquel, a diferencia de otros aceros, resisten la fragilidad a temperaturas por debajo de 0°F (–18°C). • Inconel® es la marca que la International Nickel Corporation utiliza para varias de sus aleaciones de níquel, hierro y cobre. Inconel® está hecho de níquel, hierro y cromo. A menudo se utiliza el Inconel® en aplicaciones de alta temperatura ya que mantiene su resistencia a temperaturas muy elevadas en una atmósfera normal.

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

• Hastelloy ® es la marca que la International Nickel Corporation utiliza para varias de sus aleaciones de níquel. Hastelloy ® contiene níquel y molibdeno o silicio. Hastelloy ® es muy resistente a la corrosión, especialmente a la corrosión por ácidos o licores concentrados calientes. • Nichrome™ está hecho de níquel y cromo. Tiene una resistencia elevada a corrientes eléctricas y a la oxidación. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de Nichrome™, se produce una gran cantidad de calor. Por este motivo, elementos calefactores para equipos como secadores de pelo y tostadoras se fabrican a menudo con Nichrome™.

3.7.0 Plomo ¡ADVERTENCIA! La exposición a los vapores de plomo puede representar un peligro para la salud. La exposición repetitiva puede resultar en una acumulación de plomo gradual que se absorbe en la sangre y se almacena en huesos y tejidos. Consulte su hoja de datos MSDS para obtener más información acerca de los peligros asociados con el plomo.

El plomo se utiliza normalmente en numerosas aplicaciones industriales. Por ejemplo, en sistemas de tuberías para transportar ácidos y otros productos químicos corrosivos, para aislar, como pantalla contra la radiación, para hacer pintura, para fabricar rodamientos de bronce o metales blandos y como metal principal en algunos tipos de soldaduras. Las aleaciones de plomo, estaño y plata se utilizan muy a menudo para fabricar soldaduras. El tipo de aleación de soldadura utilizado para un trabajo específico depende principalmente de las condiciones de temperatura del trabajo. Las temperaturas de fusión de la soldadura pueden variar con las proporciones de aleación en la misma. Una soldadura con un contenido de estaño del 50 por ciento y un contenido de plomo del 50 por ciento, tiene una temperatura de fundición de 425ºF, mientras que una soldadura con un contenido de estaño del 37 por ciento y un contenido de plomo del 63 por ciento, tiene una temperatura de fundición de 361ºF. En comparación, una soldadura con un contenido de plata del 5.5 por ciento y un contenido de plomo del 94.5 por ciento, tiene un rango de fundición de 579°F a 689°F, dependiendo de otros factores ambientales.

3.8.0 Tántalo ¡ADVERTENCIA! Los componentes con tántalo reaccionan con el cloro y desprenden vapores tóxicos. El tántalo no se debe exponer a procesos que incluyan el uso de cloro.

El tántalo es un elemento metálico duro resistente a muchos productos químicos. Este elemento pierde su resistencia química ante muchos elementos cuando la temperatura excede los 302°F (150°C), pero tiene una temperatura de fundición de casi 3000ºC. El tántalo se utiliza en filamentos de bombillas especiales, condensadores electrolíticos, intercambiadores de calor y en algunas piezas de reactores nucleares.

4.0.0 ◆ PROPIEDADES DE LOS METALES Las propiedades de los metales determinan su uso. Es importante comprender las propiedades mecánicas de los metales: dureza, ductilidad, maleabilidad, tenacidad, resistencia, resistencia a la tensión y elasticidad. Estos términos describen el comportamiento de un metal cuando se le aplican unas fuerzas exteriores. Organizaciones como la American Society for Testing Materials (ASTM) publican normas y especificaciones que describen las propiedades de varios metales.

4.1.0 Dureza La dureza de un metal se define como su habilidad para resistir la penetración forzada de otra sustancia. Los metales duros son resistentes contra muescas y ralladuras. Existen varios métodos de tratamiento térmico que pueden aumentar o disminuir la dureza de los metales. La templabilidad es la capacidad de un metal para endurecerse mediante un tratamiento térmico. En muchos casos, una máquina o sus partes se endurecen después de haber sido fabricadas. Por ejemplo, normalmente es más fácil, más rápido y menos caro forjar y mecanizar un engranaje mientras el metal es blando. A continuación, el tratamiento de calor endurecerá el metal. Un ensayo de dureza determina el grado de dureza de un metal. Un ensayo estándar de dureza es el ensayo de Dureza Brinell. Una bola de acero endurecido de 10 mm se fuerza sobre el metal con ayuda de una prensa hidráulica. La prensa actúa ejerciendo una fuerza predeterminada sobre la

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.5

bolla de acero durante un periodo de tiempo específico. El diámetro de la muesca causada sobre el metal por la bola de acero determina el grado de penetración o el valor de dureza del metal. La Figura 1 muestra una comparación del tamaño de las muescas realizadas en metales duros y blandos durante el Ensayo de Dureza Brinell. La fragilidad es una condición en un metal que resulta del excesivo endurecimiento del mismo. Un metal es frágil si se rompe o se agrieta cuando se aplica sólo una pequeña cantidad de fuerza. Por regla general, cuanto más duro es un metal, más frágil es. Un metal frágil, como el hierro colado gris, se rompe o se hace pedazos si se le da un golpe fuerte con un martillo. Los metales blandos se doblan o se distorsionan cuando se les golpea con un martillo. VISTA SUPERIOR DE LAS MUESTRAS DE METAL (INDICA EL TAMAÑO DE LA MUESCA)

la Figura 2. Esta medida se expresa como un porcentaje de estiramiento. Otra manera de medir la ductilidad es comparando un sección del material estirado con otra del mismo material antes de estirar. Esta medida se expresa como un porcentaje de reducción de área.

MUESTRA DE ENSAYO DE 12"

FUERZA

FUERZA MUESTRA DE ENSAYO ESTIRADA HASTA 18"

RESULTADOS: ESTIRAMIENTO DEL 50%, DUCTILIDAD ELEVADA 105F02.EPS

Figura 2 ◆ Medición de la ductilidad. 4mm

8mm

4.3.0 Maleabilidad METAL DURO

METAL BLANDO

4mm

8mm

Maleabilidad es la propiedad de un metal que le permite cambiar de forma y de tamaño al aplanarlo o golpearlo con un martillo. A los metales maleables se les puede dar forma fácilmente. El plomo es un metal muy maleable.

4.4.0 Tenacidad

VISTA LATERAL DE LAS MUESTRAS DE METAL

La tenacidad es la capacidad de un metal para soportar golpes fuertes repentinos sin romperse. Los metales blandos normalmente son más tenaces que los duros. La tenacidad es la condición opuesta a la fragilidad. Martillos, cinceles y otras herramientas están hechos de metales que son tenaces. El recocido también se puede utilizar para conseguir la tenacidad adecuada.

105F01.EPS

Figura 1 ◆ Comparación de los ensayos de dureza Brinell.

4.2.0 Ductilidad La ductilidad es la capacidad de un metal para estirarse sin romperse hasta convertirse en un hilo fino. El cobre, el aluminio y el acero dulce son tres tipos de metales dúctiles. La ductilidad se puede medir estirando una muestra del metal y comparando el estiramiento con la longitud original, tal y como se muestran en

5.6

4.5.0 Resistencia La resistencia es la capacidad de un metal para resistir la distorsión. La resistencia se puede medir ejerciendo una fuerza predeterminada en un sentido específico sobre la muestra. La resistencia a la distorsión provocada por esta fuerza determina la resistencia del material. La Figura 3 muestra las tres maneras de comprobar la resistencia de un metal: resistencia a la tensión, resistencia a la compresión y resistencia al corte.

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

NORMAL

FUERZA DE TENSIÓN

FUERZA DE TENSIÓN

TENSIÓN

FUERZA DE COMPRESIÓN

COMPRESIÓN

FUERZA DE COMPRESIÓN

FUERZA DE CORTE

(Figura 4) de manera precisa, mediante agujeros practicados en la muestra, a una máquina de ensayos de tracción. La muestra de ensayo debe tener un diámetro específico de manera que se pueda calcular el área. La máquina de ensayos de tracción estira la muestra hasta que se rompe. La fuerza de resistencia que ejercía la muestra para evitar la rotura se registra en la máquina de ensayos. La fuerza de resistencia o límite elástico se expresa en miles de libras por pulgada cuadrada. La Figura 5 muestra un ensayo de resistencia a la tracción.

4.7.0 Elasticidad FUERZA DE CORTE

105F03.EPS

Figura 3 ◆ Ensayos de distorsión de metales.

4.6.0 Resistencia a la Tracción La resistencia a la tracción es la fuerza en un metal que se opone a que el metal se separe en pedazos. Se puede realizar un ensayo de resistencia a la tracción si se ajusta una muestra de ensayo del metal

La elasticidad es la capacidad de un metal para recuperar su forma original después de sufrir una deformación. Por ejemplo, si se tira de un muelle con un volante y un control deslizante, el muelle se alarga, como se muestra en la Figura 6. Cuando el volante ha completado una vuelta, el muelle vuelve a su forma original. Si se aumenta el tamaño del volante, el muelle se estirará más allá de su límite elástico. Si el muelle se estira demasiado (límite de elasticidad), no volverá a su forma original.

2.000

0.005 in.

0.505

0.005 in.

105F04.EPS

Figura 4 ◆ Ejemplo de una muestra del ensayo de tracción de un metal.

ALARGAMIENTO

ESTRECHAMIENTO

FRACTURA 105F05.EPS

Figura 5 ◆ Ensayo de resistencia a la tracción. METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.7

VOLANTE

CONTROL DESLIZANTE

SOPORTE FIJO 0 . Y.P. 0 . Y.P. 0 . Y.P. 0 . Y.P. 0 . Y.P. 0 . Y.P.

MUELLE CON SU LONGITUD NORMAL LA LECTURA DEL INDICADOR DE TENSIÓN ES CERO EL VOLANTE GIRA EL MUELLE SE ESTIRA LA TENSIÓN AUMENTA EL VOLANTE COMPLETA UNA VUELTA EL MUELLE VUELVE A SU POSICIÓN ORIGINAL LA TENSIÓN VUELVE A SER CERO SE SUSTITUYE EL VOLANTE POR UNO MAYOR MUELLE CON SU LONGITUD NORMAL LA LECTURA DEL INDICADOR DE TENSIÓN ES CERO EL VOLANTE GIRA EL MUELLE SE ESTIRA MÁS ALLÁ DE SU LÍMITE ELÁSTICO LA TENSIÓN AUMENTA HASTA EL LÍMITE ELÁSTICO, Y DESPUÉS PERMANECE CONSTANTE EL VOLANTE COMPLETA UNA VUELTA EL MUELLE SIGUE DEFORMADO LA TENSIÓN VUELVE A SER CERO 105F06.EPS

Figura 6 ◆ Ensayo de elasticidad.

5.0.0 ◆ CLASIFICACIÓN DE LOS METALES Los diseñadores y los ingenieros eligen los metales más apropiados para una aplicación específica en base a factores como la temperatura, la presión, la acción corrosiva y su idoneidad para las características del proceso. Se utilizan varios sistemas de clasificación para identificar los diferentes tipos de metales.

PREFIJOS AISI A – ACERO BÁSICO DE HOGAR ABIERTO B – ACERO ÁCIDO DE BESSEMER AL CARBONO C – ACERO BÁSICO AL CARBONO DE HOGAR ABIERTO D – ACERO ÁCIDO AL CARBONO DE HOGAR ABIERTO E – ACERO DE HORNO ELÉCTRICO

A, B, C, D, E PREFIJO

5.1.0 Acero Para garantizar que la composición de varios tipos de acero permanece constante y que ciertos tipos cumplen con las especificaciones necesarias, se utilizan dos sistemas principales de números de código para la clasificación de aceros. Uno de ellos ha sido desarrollado por AISI y el otro por SAE. Los sistemas de clasificación establecidos por AISI y SAE son similares en la mayoría de sus aspectos. Ambos utilizan una serie de cuatro o cinco números para indicar el tipo de acero. Cada número de código especifica la composición química de un tipo de acero. El sistema AISI también indica el proceso de obtención del acero con una letra prefijo que precede al número, como se muestra en la Figura 7.

5.8

% DE CONTENIDO DE CARBONO TIPO DE ACERO

% DEL ELEMENTO PRINCIPAL DE ALEACIÓN

1 – CARBONO 2 – NÍQUEL 3 – NÍQUEL-CROMO 4 – MOLIBDENO 5 – CROMO 6 – CROMO-VANADIO 7 – TUNGSTENO 8 – NÍQUEL, CROMO, MOLIBDENO 9 – SILICON MANGANESE 105F07.EPS

Figura 7 ◆ Sistemas SAE y AISI para la clasificación del acero.

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

El primer dígito del número de código indica el tipo básico de acero (el elemento de aleación predominante). Por ejemplo, 4 indica aceros al molibdeno y 3 indica aceros al níquel-cromo. La Tabla 1 muestra estas designaciones. El segundo dígito del número de código especifica el porcentaje aproximado del peso del elemento de aleación. Por ejemplo, 20XX indicaría un acero al níquel con un .50 por ciento de níquel aproximadamente, y 22XX indicaría un acero al níquel con un 2 por ciento de níquel aproximadamente. El porcentaje de los principales elementos de aleación según los números de código designados se puede ver en la Tabla 1. Los dos últimos dígitos indican el contenido medio de carbono en el acero (este contenido de carbono se expresa en centésimas de porcentaje). Por ejemplo, 2530 indicaría un acero al níquel con aproximadamente un 5 por ciento de níquel y un contenido de carbono de aproximadamente 0.30 por ciento (30/100 de 1 por ciento).

Cuando los números de código tienen cinco dígitos, las últimos tres indican el porcentaje de carbono. Por ejemplo, 20110 indicaría un acero al níquel que contiene aproximadamente .50 por ciento de níquel y un contenido de carbono de más del 1 por ciento (110 en el número de código). Los números de código de AISI incluyen un prefijo delante del primer dígito. Este prefijo indica el método utilizado para obtener el acero, como se muestra en la Figura 7.

5.1.1 Identificación del Material de Acero A menudo es necesario identificar el tipo de metal por su aspecto físico. La Tabla 2 describe las características físicas de algunos metales comunes, entre los que se incluyen numerosos tipos de acero. Además de por su aspecto físico, a menudo los metales también se identifican por el sello de fabricante o por un código de color que se pinta al final de la pieza.

Tabla 1 Clasificaciones del Acero Aceros al carbono Carbono puro De fácil mecanización (pieza de tornillo resulfurado

1xxx 10xx

Aceros al níquel 0.50% níquel 1.50% níquel 3.50% níquel 5.00% níquel

2xxx 20xx 21xx 23xx 25xx

Aceros al níquel y cromo 1.25% níquel, 0.60% cromo 1.75% níquel, 1.00% cromo 3.50% níquel, 1.50% cromo 3.00% níquel, 0.80% cromo Aceros resistentes a la corrosión y al calor

3xxx 31xx 32xx 33xx 34xx

Aceros al molibdeno Cromo-molibdeno Cromo-níquel-molibdeno Níquel-molibdeno Aceros al cromo Bajos en cromo Medio cromo

11xx

30xxx 4xxx 41xx 43xx 46xx y 48xx 5xxx 51xx 52xxx

Aceros al cromo y vanadio

6xxx

Aceros de triple aleación (níquel, cromo, molibdeno)

8xxx

Aceros al manganeso y silicio

9xxx

NOTA No todos los fabricantes de acero utilizan el mismo sistema de códigos de colores para grados específicos de piezas de acero, así que asegúrese de saber cuál es el sistema utilizado por el fabricante del lote.

Al cortar acero de un material con el mismo código de color, corte siempre por el extremo que no está pintado. Así, el código de color permanecerá en la pieza que queda para poder identificarlo. Una manera de determinar el contenido de carbono en un acero es el ensayo de limas. Como el contenido de carbono es un factor que afecta la dureza y la resistencia al agrietamiento, el acero con el mayor contenido de carbono será el más resistente al limado, como se muestra en la Tabla 3. La tabla muestra el tipo de acero en la columna de la izquierda, el contenido de carbón en la columna central y las reacciones de una lima plana cuando se aplica al metal. De la información en la tabla se puede verificar que el acero con un mayor contenido de carbono ofrece más resistencia al efecto penetrante de la lima, lo que indica que se trata de un metal más duro.

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.9

Tabla 2 Identificación de Metales Metal

Contenido de Carbono (%)

Aspecto

Hierro Colado (C.I.)

2.50 – 3.50

Gris, rugoso superficie arenosa

Vertido de metal fundido en moldes de arena

Piezas de máquinas como bancadas de torno, etc.

Acero suave (M.S.)

0.10 – 0.30

Negro, superficie escamosa,

Se pasa entre rodillos mientras está caliente

Pernos, remaches, tuer cas, piezas de máquinas

Laminado o estampado en frío (C.R.S.); (C.D.S)

0.10 – 0.30

Plateado apagado, superficie suave

Se pasa entre rodillos o estirado a través estampas mientras está frío

Ejes, pernos, tornillos, tuercas

Acero para herramientas (T.S.)

0.60 – 1.5

Negro, brillante

Igual que el acero suave

Brocas, machos, terrajas, herramientas

Acero de aleación

Negro, brillante

Igual que el acero suave

Terrajas, herramientas, machos, brocas, vásta gos de herramientas

Latón

Amarillo (varios tonos); rugoso si es suave

Igual que el hierro colado, Casquillos, piezas de o aplanado para darle colado, bombas,trabajos forma si se ha aplanado ornamentales

Cobre

Rojo-marrón; rugoso si es colado, suave si se ha aplanado

Igual que el hierro colado, Hierros de soldar, hilos o aplanado para darle eléctricos, tuberías forma de agua

Acero rápido (H.S.S.)

Método de Procesamiento

Usos

Tabla 3 Ensayos de Limas Para el Acero Tipo de Acero Acero Dulce

Contenido de Carbono < 0.15 por ciento

Reacción a la Lima Penetra en la superficie fácilmente aplicando una presión o una fuerza mínima a la lima

Acero con contenido medio de carbono

0.15 a 0.25 por ciento

Penetra en la superficie cuando se aplica una ligera presión a la lima

Acero con alto contenido de carbono

0.26 a 0.35 por ciento

Penetra en la superficie cuando se aplican fuerza y presión a la lima

Acero para herramientas

0.36 a 0.45 por ciento

Penetración mínima cuando se aplican fuerza y presión a la lima

Acero para herramientas endurecido

< 0.45 por ciento

No hay penetración, la lima resbala sobre la superficie

5.2.0 Aluminio El aluminio se clasifica en diferentes grados según su contenido en aluminio, los límites de impurezas y la modificación de la aleación. La Aluminum Association ha desarrollado dos sistemas de códigos. Uno de ellos utiliza un sistema de numeración de cuatro dígitos para los grados de aluminio forjado. El otro utiliza un sistema de numeración de tres dígitos para los grados de aluminio colado. En el sistema de cuatro dígitos, el elemento predominante en la aleación se designa con el primer dígito. El segundo dígito indica las modificaciones de la aleación o los límites de impureza. La pureza del aluminio, o de una aleación en particular, se indican mediante los dos últimos dígitos. La

5.10

Tabla 4 muestra las designaciones de los principales elementos de aleación en el sistema de códigos de cuatro dígitos. Tabla 4 Sistema de Numeración de Aleaciones de Aluminio Elemento principal de la aleación

Número

Ninguno (99.00%) aluminio, mín. Cobre Silicio con cobre y/o magnesio Silicio Magnesio Magnesio y silicio Zinc Otros elementos

1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

En la Tabla 6, algunas de las designaciones de temples de aleaciones de aluminio que se muestran se aplican únicamente a productos de aluminio forjado. Otros se aplican sólo a aluminio colado. Sin embargo, la mayoría de las designaciones se aplican a ambos tipos. Cuando se añade un segundo dígito a la designación de temple de la aleación, es para indicar el grado de dureza. Por ejemplo, si se utiliza H12, el 2 indica un cuarto de dureza, un 4 indicaría la mitad de dureza, 6 indicaría tres cuartos de dureza y un 8 indicaría la dureza completa. En el sistema de numeración de tres dígitos para el aluminio colado, la aleación se indica mediante el primer dígito, como se muestra en la Tabla 7. En el grupo de la columna 1XX (99.00 por ciento mínimo de aluminio), el contenido mínimo de aluminio por encima del 99.00 por ciento se especifica mediante los dos últimos dígitos (en décimas y centésimas de porcentaje por encima del 99 por ciento). El segundo y tercer dígito de las series de 2XX a 9XX define con más detalle los elementos de una familia de aleaciones específicas. A veces se añade un cuarto dígito al grupo que especifica la forma del metal.

En la columna 1XXX (99.00 por ciento mínimo de aluminio), el contenido mínimo de aluminio por encima del 99.00 por ciento se especifica mediante los dos últimos dígitos (en décimas y centésimas de porcentaje por encima del 99 por ciento). Por ejemplo, 1060 indicaría un contenido mínimo de aluminio del 99.60 por ciento. El segundo dígito del sistema de códigos de cuatro dígitos indica los límites de impureza. Por ejemplo, si el segundo dígito es 0, esto significa que no se controlaron las impurezas individuales. Si el segundo dígito está entre 1 y 9, esto indicaría que hubo algún control entre una o más impurezas. Del grupo 2XXX al 8XXX, el primer dígito indica que el metal es una aleación de aluminio. El segundo dígito en el número de código indica si el aluminio tiene alguna modificación de aleación. Los dos últimos dígitos especifican aún más los tipos diferentes de aleaciones en el grupo. Algunas de las designaciones más comunes de las aleaciones de aluminio se enumeran en la Tabla 5. Los números del código pueden incluir también una letra o letras y números después del último dígito. El temple del aluminio de indica con una letra o letras y números separados con un guión del número de código de cuatro dígitos. Por ejemplo, 5050-W es una aleación de aluminio y magnesio. La W indica que se trata de una aleación de aluminio tratado térmicamente por solución (temple inestable). La Tabla 6 enumera las designaciones de temple de las aleaciones de aluminio y sus significados.

• 0 – Especificación de la fundición • 1 – Lingote, similar químicamente a la aleación fundida • 2 – Lingote, químicamente un poco diferente del Nº 1 En el grupo 1XX, una letra a la izquierda del 1 indica que uno o más de los elementos incluidos

Tabla 5 Designaciones de las Aleaciones de Aluminio Forjado Aleación Número 1060 1100 1350 2011 2014 2024 3003 3004 4032 4043 5050 5052 5154 6053 6061 6063 6201 7004 7039

Silicio

Cobre

0.12

0.80

12.20 5.50

5.50 4.40 4.40 0.12

Manganeso

0.80 0.60 1.10 1.10

0.90 0.30

0.10

Cromo

Zinc

99.60 por ciento (mínimo) aluminio 99.00 por ciento (mínimo) aluminio 99.50 por ciento (mínimo) aluminio

0.70 1.30 0.70

Magnesio

0.10

2.10 2.70

0.50 1.50 1.00 1.10

1.20 2.50 3.50 1.30 1.00 0.80 0.80 3.00 2.80

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

0.10

0.25

0.25 0.25 0.25 0.20 0.40 0.30 0.20

7.40 4.00

5.11

Tabla 6 Designaciones del Temple de las Aleaciones de Aluminio F O H H1, más un segundo dígito H2, más un segundo dígito H3, más un segundo dígito W T T2 T3 T4

Como se ha fabricado Recocido y recristalizado (únicamente el forjado) Endurecido por deformación plástica (únicamente el forjado) Endurecido únicamente por deformación plástica Endurecido por deformación plástica y después parcialmente recocido Endurecido por deformación plástica y a continuación estabilizado Tratamiento térmico por solución (temple inestable) Tratado para producir temples estables excepto F, O o H Recocido (únicamente el colado) Tratamiento térmico por solución y a continuación trabajo en frío Tratamiento térmico por solución y envejecido naturalmente hasta alcan zar una condición estable Envejecido artificialmente sólo Tratamiento térmico por solución y a continuación envejecido artificial mente Tratamiento térmico por solución y a continuación estabilizado Tratamiento térmico por solución, trabajado en frío y a continuación envejecido artificialmente Tratamiento térmico por solución, envejecido artificialmente y a continuación trabajado en frío Envejecido artificialmente y a continuación trabajado en frío

T5 T6 T7 T8 T9 T10

Tabla 7 Designaciones de las Aleaciones Fundidas de Aluminio Elementos de Aleación Aluminio (99% mín.) Cobre Silicio más cobre o magnesio Silicio Magnesio (No utilizado) Zinc Estaño Otros

Número 1xx 2xx 3xx 4xx 5xx 6xx 7xx 8xx 9xx

en la aleación se han controlado. Una letra a la izquierda del primer dígito indica que se trata de una variante de la aleación estándar original que utiliza una combinación ligeramente diferente de elementos de aleación. La Tabla 8 incluye algunos ejemplos. Si la aleación fundida de aluminio se puede templar, esto se indicará con un guión y una letra después del número para indicar la cantidad de temple. Si la aleación fundida de aluminio tiene una F o no tiene ninguna letra después del número del grupo, esto significa que no se puede tratar térmicamente. La Tabla 8 muestra la composición de aleaciones fundidas de aluminio.

Tabla 8 Ejemplos de Aleaciones Fundidas de Aluminio PORCENTAJE DE ELEMENTOS DE ALEACIÓN Número de Aleación 208.0 213.0 295.0 B295.0 A332.0 F332.0 C355.0 A356.0 A514.0 520.0 A712.0 A850.1 B850.0

5.12

Método Molde de arena Molde permanente Molde de arena Molde permanente Molde permanente Molde permanente Molde de arena y permanente Molde de arena y permanente Molde permanente Molde de arena Molde de arena Molde de arena y permanente Molde de arena y permanente

Silicio 3.0 2.0 1.1 2.5 12.0 9.5 5.0 7.0

2.5 0.4

Cobre 4.0 7.0 4.5 4.5 1.0 3.0 1.3

0.5 1.0 2.0

Magnesio

1.0 1.0 0.05 0.3 4.0 10.0 0.7

Zinc

Otros

2.5 Níquel

6.5 6.5 Estaño 6.5 Estaño

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

Tabla 9 Designaciones de las Aleaciones de Magnesio de ASTM Aleación y Forma

Características

Comentarios

AZ31B (3Al, 1 Zn) Extrusiones de láminas y placas, forjados

Resistencia moderada, buena formabilidad, resistente a las muescas y buena soldabilidad; es necesario reducir la tensión.

Aleación de uso general, gran variedadde usos hasta cerca de 300˚F (149˚C).

AZ91B (9Al, 0.6 Zn) Moldeos

Buena resistencia, ductilidad y colabilidad; difícil de soldar.

AZ91A se diferencia de AZ91B sólo por subajo con tenido de cobre.

EZ91C (8.7 Al, 0.7 Zn) Moldes de arena y permanentes

Buena colabilidad; niveles de propiedades de alta resistencia moderados; buena estanqueidad bajo presión y soldabilidad.

Propiedades estables hasta unos 200˚ F (93˚C); a menudo satisfactorios hasta 350˚F(177˚C) si las tensio nes de funcionamiento no son demasiado elevadas.

EZ33A (3 tierras raras, 2.7 Zn, 0.7 Zr) Moldes de arena y permanentes

Buena resistencia a la tracción y a la fluencia; buena soldabilidad; estanqueidad bajo presión y capacidad algo menor amortiguadora excelentes, colabilidad que AZ91C.

Utilizados de 300˚ a 500˚F (149˚ a 260˚C).

HK31A (3 Th, 0.7 Zr) Moldes de arena y permanentes láminas y placas

Buenas propiedades de elevación de temperatura en periodos cortos; buena formabilidad; soldabilidad excelente; no se necesita reducir la tensión; microporosidad baja.

Motores, fuselaje, moldes de misiles; misiles y cubier tas de aeronaves; utilizados de400˚F a 700˚F (204˚C a 371˚C).

HM21A (2 Th, 0.6Mn) Láminas y placas, forjados

Excepcionalmente estable a altas temperaturas; mejor resistencia a la fluencia que HK31A; buena formabilidad; soldabilidad excelente; no se necesita reducción de la tensión.

Principalmente usos en misiles y aeronaves; utiliza dos de 400˚F a 800˚F (204˚C a 427˚C); propieda des de las placas mayores que las de las láminas.

OE22A (2.5 Ag, 2 didimio, 0.7 Zr) Moldes de arena y permanentes coladas, forjados

Límite de elasticidad superior más resistencia excelente a la fluencia y a la fatiga hasta aproximadamente 500˚F (260˚C).

Utilizados en aeronaves, misiles y vehículos espacia les.

ZK60A (5.7 Zn, 0.5 Zr) Extrusiones, forjados

Resistencia elevada; buena tenacidad; soldabilidad con arco limitada; buena soldabilidad de punto.

Aleación a temperatura ambiente; para piezas con mucha tensión, principal mente en aeronaves y usos militares; uso fre cuente como aleación de forjado.

Las Dos Primeras Letras del Código A – Aluminio L – Berilio B – Bismuto M – Manganeso C – Cobre N – Níquel D – Cadmio P – Plomo E – Elemento de tierra rara F – Hierro H – Torio K – Zirconio

Q – Plata R – Cromo S – Silicio T – Estaño Z – Zinc

Condiciones y Propiedades F – Como se ha fabricado O – Recocido H10 y H11 – Ligeramente endurecido por deformación plástica H23, H24, y H26 – Endurecido por deformación plástica y parcialmente recocido T4 – Tratado térmicamente por solución T5 – Sólo envejecido artificialmente T6 – Tratado térmicamente por solución y envejecido artificialmente Letra que Sigue a los Dos Dígitos Orden cronológico de estandarización de la aleación que contiene los dos elementos principales.

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.13

5.3.0 Aleaciones de Magnesio

Tabla 10 Designaciones del Hierro Colado Gris

El sistema de clasificación utilizado por ASTM para las aleaciones de magnesio se muestra en la Tabla 9. Las letras del código, condiciones y propiedades para los diferentes metales de las aleaciones se muestran en la parte inferior de la tabla. Los dos elementos de aleación principales se indican mediante las dos primeras letras de la serie. Estas letras indican el porcentaje en peso de los elementos de la aleación; la primera letra especifica el porcentaje mayor y la segunda letra el menor. Si los porcentajes son los mismos, se disponen por orden alfabético. Los dos dígitos que siguen a las letras indican el porcentaje aproximado de los elementos de aleación. De nuevo, el primer dígito define el porcentaje mayor y el segundo dígito el menor. La letra que sigue a los dos dígitos indica que la aleación es una variante de la aleación original del grupo. Las condiciones y las propiedades se indican mediante una letra y un número. Un guión separa la letra y el número del resto de la designación. Por ejemplo, AZ31B-T4 significa que los dos elementos principales de aleación son el aluminio y el zinc (AZ). El 31 indica que la aleación contiene un 3 por ciento de aluminio y un 1 por ciento de zinc. La B indica que es la segunda aleación (B) con los mismos elementos principales de aleación, que se convierte en una aleación estándar. T4 significa que se ha tratado térmicamente por solución.

5.4.0 Hierro Colado Gris Las designaciones de ASTM para el hierro colado gris se muestran en la Tabla 10. El número de clase indica la resistencia a la tracción de los diferentes grados de hierro colado.

5.5.0 Acero Inoxidable Los aceros inoxidables son metales que se utilizan en aquellas aplicaciones donde es importante la resistencia a la corrosión. El acero inoxidable contiene al menos un 12 por ciento de cromo. Muchos tipos contienen más del 12 por ciento de cromo y otras aleaciones. Los aceros inoxidables se agrupan en tres categorías principales: austenítico, ferrítico y martensítico (clasificación de AISI). • Los austeníticos forman parte de las series AISI 200 y 300 y contienen al menos un 16 por ciento de cromo, además de pequeñas cantidades de

5.14

Especificación ASTM y Descripción General

Clase Número

Resistencia a la Tracción Mínima (1000 PSI)

20 25 30 35 40 45 50 55 60

20 25 30 35 40 45 50 55 60

G2000 G3000 G3000a G4000b G3500c G3500 G4000 G4500 G4000d G4000e G4000f

20 30 30 40 35 35 40 45 40 40 40

A 48 Para piezas de uso general donde la resistencia es una consideración principal

A 159 (También SAE J 431a) Coladas para industrias automovilísticas y relacionadas

A 278 (También ASME SA278) Piezas fundidas para piezas a presión para servicios a 650°F

40 50 70 80

40 50 70 80

A 319 Piezas fundidas para piezas sin presión para temperaturas elevadas

I II III

Baja 30 a 40

1 1b 2 2b 3 4 5 6

25 30 25 30 25 25 20 25

A 436 Hierro gris austenítico de alta aleación para piezas que necesitan resistencia al calor, a la corrosión y al agua

níquel, carbono y manganeso. Los aceros inoxidables austeníticos de la serie AISI 200 contienen cromo, níquel y manganeso. Los de la serie AISI 300, contienen cromo y níquel. Este tipo de aceros se utilizan a menudo en la construcción, refinerías de aceite y plantas de procesos químicos.

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

• Los aceros inoxidables ferríticos forman parte de la serie AISI 400 y contienen entre un 12 y un 27 por ciento de cromo, con pequeñas cantidades de carbono. Este tipo de acero inoxidable es el más resistente a la corrosión y el más fácil de mecanizar de los tres tipos. • Los aceros inoxidables martensíticos forman parte de la serie AISI 400 y contienen entre un 11.5 y un 18 por ciento de cromo, con pequeñas cantidades de otras aleaciones. Estos aceros inoxidables son magnéticos y se pueden endurecer mediante tratamientos térmicos. No son tan resistentes a la corrosión como los ferríticos y los austeníticos.

MATERIAL

SAE – Grado 0

Acero

SAE – Grado 1 ASTM – A 307

Acero con Bajo Contenido de Carbono

SAE – Grado 2

Acero con Bajo Contenido de Carbono

SAE – Grado 3

Acero con Contenido Medio de Carbono Trabajado en Frío

SAE – Grado 5 ASTM – A 449

Acero con Contenido Medio de Carbono, Templado y Revenido

Acero con Contenido Medio de Carbono, Templado y Revenido

ASTM – A 354 Grado BB

Acero de Baja Aleación, Templado y Revenido

BC

ASTM – A 354 Grado BC

Acero de Baja Aleación, Templado y Revenido

SAE – Grado 7

Acero de Aleación con Contenido Medio de Carbono, Templado y Revenido, Roscado por Laminación Después de un Tratamiento Térmico

SAE – Grado 8

Acero de Aleación con Contenido Medio de Carbono, Templado y Revenido

ASTM – A 354 Grado BD

Acero de Aleación Templado y Revenido

ASTM – A 490

Acero de Aleación Templado y Revenido

90

A4

ASTM – A 325

BB

Las aplicaciones de los productos metálicos en los trabajos de instrumentación, como por ejemplo en los elementos de fijación, tubos y tuberías, se tratarán con más detenimiento en los módulos de actividades que se centran en dichos elementos. Llegados a este nivel, ya debería saber que los elementos de fijación, tubos y tuberías utilizan varios códigos y marcas de identificación que se deben comprobar para establecer si un producto metálico en particular es adecuado para un trabajo específico. Normalmente el tipo de producto metálico que se va a utilizar se indica en las especificaciones del proyecto. Su trabajo consistirá en comprobar la identificación del producto real para asegurarse de que se corresponde con las especificaciones, antes de comenzar la instalación. Por ejemplo, la resistencia y la calidad de un perno o un tornillo son muy importantes en muchos trabajos de instrumentación. Quizá necesite comprobar la identificación del perno o tornillo y determinar si se corresponde con la especificación del trabajo. SAE y ASTM has desarrollado un sistema especial de marcas que aparecen en la cabeza de los pernos y tornillos. Estas marcas se llaman grados o marcas de línea. Cuanto mayor sea el número de marcas en la cabeza, mayor será la calidad del acero. Los elementos de ajuste sin marcas normalmente se consideran fabricados con acero dulce (acero con bajo contenido de carbono). Las marcas de grado también pueden indicar el tipo de metal del que está hecho el elemento de ajuste. La Figura 8 muestra las marcas de grado de ASTM y SAE para tornillos y pernos de acero.

ESPECIFICACIÓN

25 A3

6.0.0 ◆ APLICACIONES DE LOS METALES EN LOS TRABAJOS DE INSTRUMENTACIÓN

MARCAS DE GRADO

ESPECIFICACIONES DE ASTM A 307 – Elementos de ajuste estándar de acero con bajo contenido de carbono roscados interna y externamente. A 325 – Pernos de acero de alta resistencia para juntas estructurales de acero, incluidas las tuercas y las arandelas sencillas templadas correspondientes. A 449 – Pernos y tornillos de acero templado y revenido. A 354 – Pernos y tornillos de acero de aleación templado y revenido con sus correspondientes tuercas. A 490 – Pernos de acero de aleación de alta resistencia para juntas estructurales de acero, incluidas las tuercas y las arandelas sencillas templadas correspondientes. ESPECIFICACIÓN DE ASTM J 429 – Requisitos mecánicos y de calidad para elementos de ajuste roscados. 105F08.EPS

Figura 8 ◆ Marcas de clasificación de ASTM y SAE.

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.15

Resumen Es importante entender las propiedades de los metales para realizar un trabajo de instrumentación de calidad. En este módulo de formación ha aprendido acerca de los diferentes tipos y propiedades de los metales ferrosos y no ferrosos más comunes. Además se han presentado las aplicaciones de los diferentes tipos de metales en los trabajos de instrumentación, así como los sistemas de identificación para metales específicos. Los conocimientos y las habilidades tratados en este módulo proporcionan las aptitudes básicas y fundamentales que se necesitan para trabajar con

diferentes metales. Los productos metálicos se utilizan en diversos trabajos de instrumentación. A este nivel, deberá ser capaz de identificar metales específicos de manera que pueda estar seguro de utilizar el material correcto para cada trabajo. En sus actividades laborales cotidianas, tómese tiempo para practicar las habilidades aprendidas en este módulo. Se necesita mucha práctica, estudio y experiencia en el puesto de trabajo para desarrollar las habilidades necesarias para ser un experto en el trabajo con diferentes productos metálicos.

Preguntas de Repaso 1. El hierro colado contiene _____ por ciento de carbono. a. menos del 2 b. 212 c. entre 2 y 4 d. más del 5 2. El elemento en el acero que determina principalmente su dureza y su resistencia es _____. a. silicio b. carbono c. níquel d. manganeso 3. Los aceros con bajo contenido de carbono contienen menos del _____ de carbono. a. 0.010 b. 0.090 c. 0.003 d. 0.35 4. El cobre endurecido se recuece para hacerlo _____. a. más duro y más resistente b. más blando y más resistente c. más blando y más dúctil d. más duro y menos frágil 5. La muestra de ensayo que se utiliza en un ensayo de resistencia a la tracción debe ser de un(a) _____ específico(a). a. longitud b. diámetro c. material d. temperatura

5.16

6. La fuerza de resistencia o límite elástico de un producto metálico se expresa en _____ por pulgada cuadrada. a. miles de libras b. centésimas de una libra c. libras fraccionales d. litros 7. El contenido de carbono de un acero con un número de código SAE de 8720 es aproximadamente un _____ por ciento. a. 0.20 b. 2.0 c. 20 d. 87 8. Al cortar acero de una pieza con el mismo código de color, corte siempre por el _____ . a. extremo que esté pintado b. extremo que se estrecha c. extremo que tiene una flecha d. extremo que no esté pintado 9. Un ensayo de lima se puede utilizar para determinar _____ del acero. a. el contenido de zinc b. el contenido de carbono c. la resistencia a la tracción d. la tenacidad 10. El tipo de producto metálico que se utiliza en un trabajo normalmente se indica en _____ del proyecto. a. el plano de la obra b. el catálogo de metales que se deben utilizar c. el listado de preferencia del proveedor d. las especificaciones

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

GLOSARIO

Términos Clave del Oficio Introducidos en este Módulo Aleación: Un metal formado por dos o más metales que se funden juntos. American Iron and Steel Institute (AISI): Una organización que publica información acerca de la investigación, desarrollo, uso, especificaciones y normas relacionadas con los metales. American Society for Testing Materials (ASTM): Una organización que publica información acerca de las especificaciones, normas y prácticas relacionadas con los ensayos de metales. Compatibilidad: La capacidad de dos materiales para estar en contacto o muy próximos sin que cambien las propiedades físicas o químicas de ninguno de los dos. Diámetro: La distancia a través de un círculo en su punto más amplio. Dúctil: La capacidad de un metal para estirarse sin romperse hasta convertirse en un hilo fino. Dureza: La propiedad de un metal para resistir una penetración o un doblado forzado por otra sustancia. Elasticidad: La propiedad de un metal para volver a su forma original después de sufrir una deformación, cuando la fuerza que actuaba sobre él se ha eliminado. Fatiga: El efecto prolongado de una acción de tensión repetida que rompe o deforma un metal. Fragilidad: La propiedad de un metal que no le permite distorsionarse permanentemente antes de romperse.

Límite de elasticidad: El punto a partir del cual una pieza de metal estirada no volverá a su forma o tamaño original.Metal ferroso: Un metal que contiene hierro. Maleable: La propiedad de un metal que le permite cambiar de forma y de tamaño al aplanarlo o golpearlo con un martillo. Metal no ferroso: Un metal que no contiene hierro. Recocido: Un proceso térmico seguido por un enfriamiento lento con el que un metal se hace más blando y menos frágil. Resistencia: La capacidad de un metal para resistir contra la deformación. Resistencia a la tracción: La fuerza con la que un metal resiste a ser separado en pedazos. Society of Automotive Engineers (SAE): Una organización que publica especificaciones y normas relacionadas con el uso de los metales en los vehículos motorizados. Temple: El grado de dureza y elasticidad de un metal. Templabilidad: La capacidad de un metal para endurecerse mediante un tratamiento térmico Tenacidad: La propiedad de un metal para resistir un choque o un impacto fuerte sin quebrarse o romperse. La tenacidad es la condición opuesta a la fragilidad.

METALURGIA PARA LA INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

5.17

REFERENCIAS

Material de Consulta Este módulo está pensado para presentar recursos completos para la formación. Se sugieren las siguientes obras de referencia para su posterior estudio. Se trata de documentación opcional para la formación continua, más que para formación. Ferrous Materials Standards Manual 2000. Warrendale, PA: Society of Automotive Engineers (SAE) Machinery’s Handbook, 2000. Erik Oberg. New York, NY: Industrial Press Inc. Standards and Specifications for Metals Washington, DC: American Iron and Steel Institute (AISI). Standards and Specifications for Metals. New York, NY: American National Standards Institute (ANSI). Standards and Specifications for Metals. Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials (ASTM).

5.18

NIVEL UNO DE INSTRUMENTACIÓN — MÓDULO DEL ALUMNO ES12105

SERIE DE APRENDIZAJE CONTREN® — ACTUALIZACIÓN PARA EL USUARIO NCCER hace el esfuerzo de mantener sus libros de texto actualizados y sin de errores técnicos. Agradecemos su ayuda para este proceso. Si encuentra una equivocación, un error tipográfico o un dato incorrecto en los materiales de Contren® de NCCER, llene este formulario (o una fotocopia del mismo) o llene el formulario en línea ingresando en www.nccer.org/olf. Asegúrese de incluir el número exacto del módulo, el número de la página, una descripción detallada y la corrección que recomienda. Su comentario se pondrá en conocimiento del Equipo de autores. Gracias por su ayuda. Instructores – Si tiene alguna idea para mejorar este libro de texto o se dio cuenta de que necesitó materiales adicionales para enseñar este módulo efectivamente, indíquenoslo para que podemos presentar sus sugerencias al Equipo de autores.

NCCER Product Development and Revision 3600 NW 43rd Street, Building G, Gainesville, FL 32606 Fax: 352-334-0932 Email: [email protected] Online: www.nccer.org/olf

Guia de entrenamiento Oficio / Nivel:

AIG

Examen

PowerPoints

Otro _______________________ Fecha de copyright:

Número de módulo / Titulo: Números de las secciones: Descripción:

Corrección recomendada:

Su nombre: Dirección:

Correo electrónico:

Teléfono: