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• Sofia Ramirez Maldonado

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FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL RECONOCIMIENTO DE MATERIALES

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente informe vamos a ver algunos conceptos que integran la materia de los Materiales de Ingeniería, los cuales nos servirán para poder tener en claro algunas ideas que nos servirán para tener una comprensión más clara de dicha materia, así mismo nos permitirá familiarizarnos con la industria del acero, sus tratamientos y aplicaciones a la industria y a la vida diaria. Los ingenieros usan los materiales ya existentes, los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos productos y sistemas. Algunas veces el problema surge de modo inverso: los ingenieros tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los científicos investigadores e ingenieros. La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que los motores de reacción puedan funcionar más eficientemente. Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas. Por esta razón este laboratorio es muy importante ya que a través de los ensayos realizados podremos identificar algunas propiedades físicas y mecánicas de los materiales en uso, y así poder clasificarlos adecuadamente, y ver en qué campo pueden ser más útiles algunos en comparación de otros. Con el ensayo de los materiales deben determinarse los valores de resistencia, verificarse las propiedades y establecerse el comportamiento de aquellos bajo la acción de las influencias externas. El factor económico juega un rol de importancia en el campo de la fabricación en general, imponiendo un perfecto conocimiento de los materiales a utilizar, de manera de seleccionarlos para cada fin y poder hacerlos trabajar en el límite de sus posibilidades, cumpliendo con las exigencias de menor peso, mejor calidad y mayor rendimiento. En los ensayos físicos se determinan generalmente la forma y dimensiones de los cuerpos, en los mecánicos la resistencia, elasticidad y plasticidad, ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc.

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II.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Los materiales son elementos agrupados en un conjunto el cual es, o puede ser, usado con algún fin específico. Los elementos del conjunto pueden tener naturaleza real (ser cosas), naturaleza virtual o ser totalmente abstractos. En ingeniería, un material es una sustancia (elemento o, más comúnmente, compuesto químico) con alguna propiedad útil, sea mecánica, eléctrica, óptica, térmica o magnética.

2.1 Clasificación de los materiales: 2.1.1 Metálicos: Metal se denomina a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad, y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio y el galio). En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen. 2.1.2 Metales Ferrosos Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ºC y uno de sus principales problemas es la corrosión. Los principales productos representantes de los materiales metálicos ferrosos son: Hierro.- El hierro es muy abundante en la naturaleza (forma parte del núcleo de la corteza terrestre) y es el metal más utilizado. El hierro se encuentra en diferentes minerales: pirita, hematites, siderita, etc. Estos minerales suelen estar formados por un compuesto llamado óxido, por lo tanto no es el único 2

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componente, sino que este se encuentra combinado con oxígeno y otras impurezas. Fundiciones.- Se llama fundición a aquellas aleaciones de hierro y carbono, el porcentaje se encuentra entre el 2% y el 6%. Debido a sus propiedades, las fundiciones suelen utilizarse para la realización de bloques, bancadas de máquinas, herramientas, soportes, bloques de motores, cuerpos de bombas etc. Las fundiciones no son buenas conductoras de la electricidad y el calor. Aceros.- Aleación de hierro y carbono, en la que el carbono se encuentra presente en un porcentaje inferior al 2%. Para obtener acero, se toma como materia prima el arrabio, eliminando al máximo las impurezas de este, y reduciendo el porcentaje del principal componente de la aleación que es el carbón. Esto de hace con el proceso de combustión en el que se producen muchas reacciones químicas. 2.1.3 Metales No Ferrosos Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. 2.1.3.1 Metales Pesados Cobre.- Metal pesado, se encuentra en la naturaleza, en estado puro o combinado con óxidos y azufre. Para obtener cobre puro es necesario eliminar estas impurezas por reducción. Se utiliza sobre todo en la construcción de cables eléctricos, por su capacidad conductora de electricidad. Plomo.- Se obtiene a partir del mineral llamado galena. Las principales aleaciones se forman con el estaño y el antimonio. Níquel.- Metal pesado que se obtiene de un mineral llamado garnierita, Los principales aleantes del níquel son el cromo, el molibdeno y el cobre. Se utiliza para la fabricación de bombas hidráulicas, válvulas, recubrimientos, etc. 3

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2.1.3.2 Metales Ligeros Aluminio.- Se obtiene a partir de la bauxita es de color blanco brillante y es muy abundante en la tierra. Magnesio.- Es un metal ligero, más que el aluminio. Se obtiene de la magnesita, carnalita o dolomita, color gris amarillento. Se utiliza para la fabricación de piezas fundidas, industria pirotécnica y aviación. Titanio.- Es un metal ligero que se obtiene de la ilmenita, color gris oscuro-negro. Se aplica en al aeronáutica, industria química, fabricación de gafas, bicicletas, prótesis de huesos. 2.1.2 No Metálicos Los no metales varían mucho en su apariencia no son lustrosos y por lo general son malos conductores del calor y la electricidad. Sus puntos de fusión son más bajos que los de los metales. Al contrario de los metales, son muy frágiles y no pueden estirarse en hilos ni en láminas. Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxígeno), líquidos (bromo) y sólidos (como el carbono). No tienen brillo metálico y no reflejan la luz. 2.1.2.1 De Origen Orgánico Son considerados así por contener células vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tetracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:      

Plásticos. Productos del petróleo. Madera. Papel. Hule. Piel.

2.1.2.1 De Origen Inorgánico

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Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:     

Los minerales. El cemento. La cerámica. El vidrio. El grafito (carbón mineral).

2.2 Propiedades de los materiales: 2.2.1 Propiedades Mecánicas Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas temperaturas. A continuación, se definen las que mencionaremos más adelante: 



  





Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen. Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación. Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración. Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción de un choque. Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se produzca rotura. Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos. Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas. Las anteriores propiedades mecánicas se valoran con exactitud mediante ensayos mecánicos: 2.2.2 Propiedades Físicas Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen características como color, conductividad 5

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eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el material. Pueden dividirse en: eléctricas, magnéticas y ópticas. 2.2.3 Propiedades eléctricas Describen el comportamiento eléctrico del metal, el cual en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico. Existe también el comportamiento dieléctrico, propio de los materiales que impiden el flujo de corriente eléctrica, que va más allá de simplemente proporcionar aislamiento. 2.2.4 Propiedades magnéticas El comportamiento magnético esta determinado por las interacciones entre dipolos magnéticos, estos dipolos a su vez están dados por la estructura electrónica del material. Por lo tanto, al modificar la micro estructura, la composición o el procesamiento se pueden alterar las propiedades magnéticas. 2.2.5 Propiedades ópticas Se relacionan con la interrelación entre un material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones. Estas radiaciones pueden tener características que entren en nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento

2.3Elementos usados en la experiencia 2.3.1 Acero especial k: Este acero presenta excelente tenacidad y apto para nitruración en baño de sal, lo cual en excelente rendimiento en la fabricación de herramientas de para cortar y estampar, como matrices de gran rendimiento con cortes complicados y consecutivos, moldes para estampación y moldeo de grandes exigencias, dientes de sierras, cuchillas para cortar hasta 4 mm de espesor.

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También es adecuado para fabricación de herramientas con virutamiento como brocas, cuchillas para la fabricación de viruta de acero, para trabajos en madera. Y herramientas sin virutamiento como rodillos, peines de roscar, trefilas, hileras y moldes de embutición o prensas de aleaciones livianas, aceros o plásticos. Herramientas de medición como galgas, calibres y reglas, herramientas y componentes expuestos al desgaste para manejo de piedras, mármol, cerámicas fabricación de ladrillos y bujes. Herramientas para trabajar a mediana temperatura. Estado de entrega: Recocido Blando Dureza: 250 Brinellmax.

Dureza obtenible: 63 – 65 Rockwell C. Medias disponibles: Redondos: 1/2" – 12" Platinas: 25 x 15 – 400 x 80 mm Cuadrados:5/8" – 5.7/8"

Análisis de tipos de Aceros según características de las Chispas

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FORMA DE LAS CHISPAS

IMÁGENES DE CHISPAS

TIPO DE ACERO

AISIComposició n en % Standard 4140

0,42 C 1,1 Cr 0,2 Mo

Ramillete con espinas, y puntas de lanza color rojo

Acero templado y revenido

Líneas continuas, algunas espinas, formado por estallidos de Carbono

Acero endurecido

Líneas continuas, más espinas se formaron por estallidos de Carbono

Acero al carbono para herramientas

1045

0,45 C 0,3 Si 0,7 Mn

Muchos estallidos de Carbono que empiezan al pie del haz, muchos ramos

Acero al carbono para herramientas

W1

1,05 C 0,2 Si 0,2 Mn

Antes de los estallidos de Carbono se incrementa la luz en el flujo primario. Muchos ramos pequeños

Acero aleado con Mn-Si

S4

0,60 C 1,0 Si 1,1 Mn 0,3 Cr

Flujo de líneas amarilla, aclarando en el centro, formando espinas en los extremos

Acero para herramientas aleado Mn

02

0,90 C 2,0 Mn 0,4 Cr 0,1 V

Pocos estallidos finos de Carbono seguidos por club liso luminoso

Acero para herramientas aleado W

S1

0,60 C 0,6 Si 1,1 Cr 0,2 V 2,0 W

Un flujo delgado y lineal, el cuadro de la chispa vivo, líneas discontinuas en las cabezas

Acero para herramientas aleado Cr-W

O1

1,05 C 1,0 Mn 1,0 Cr 1,2 W

Haz corto Templado: con pocos

Acero para herramientas

D2

1,55 C 12,0 Cr

8

0,21 C 1,3 Mn 1,2 Cr

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0,7 Mo 1,0 V

Endurecido: con muchos ramos luminosos

aleado con Cr carbono alto, ledeburita alta

El flujo de líneas continuas, alguno los estallidos de carbono, línea coloreada de naranja en la cabeza

Acero para trabajo en caliente, alta aleación

H13

0,40 C 1,0 Si 5,3 Cr 1,4 Mo 1,0 V

El flujo de líneas rojo oscuro con brillo en la punta de la lanza, pocas espinas

Acero de alta velocidad

M2

0,90 C 4,1 Cr 5,0 Mo 1,9 V 6,4 W

Líneas del flujo rojas, punteadas oscuras con brillos en las cabezas de la línea

Acero de alta velocidad

T42

1.23 C 4,1 Cr 3,8 Mo 3,3 V 10,0 W 10,5 Co

Haz corto con espina como los estallidos de carbono

Acero inoxidable

420

0,40 C 13,0 Cr

Flujo continuo, línea sin los estallidos de carbono

Acero inoxidable

304