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ESCUELA DE QUÍMICA Y ELECTRÓNICA INDAUTXU – BILBAO

ANALISIS Y CONTROL

MATERIALES

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ANALISIS Y CONTROL

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1.- Introducción. Actualmente se dispone de una gran variedad de materiales para dar respuesta a las necesidades de una sociedad tecnológicamente desarrollada. Algunos de ellos han sido utilizados por el hombre desde tiempos remotos como la madera, el barro, el hierro o el bronce y otros son de reciente creación como los polímeros orgánicos sintéticos o los composites. La mayoría de ellos se pueden clasificar en tres grandes grupos: metálicos, cerámicos y polímeros orgánicos (plásticos). Además, todos ellos se pueden combinar para crear los materiales híbridos o composites. Cada grupo, a su vez, se puede organizar en nuevas categorías atendiendo a su composición, estructura o propiedades físicas y mecánicas. Los materiales híbridos se clasifican en función del tipo de materiales empleados y de la forma en que se combinan.

2.- Materiales Metálicos. En este grupo se incluyen los metales, aleaciones y sus derivados. En general, Presentan una serie de características comunes tales como su brillo metálico, ciertas propiedades mecánicas de resistencia a la deformación y a la rotura, que permiten trabajarlos para darles forma adecuada, y la conductividad, tanto térmica como eléctrica. Las aleaciones son la mezcla de un metal principal con otros elementos para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal puro. El acero y otras aleaciones férreas son las más utilizadas debido a la gran variedad de propiedades que presentan, a la facilidad en su producción y al bajo coste. Sin embargo, presentan algunos inconvenientes: tienen densidad relativamente alta, conductividad eléctrica baja y facilidad de corrosión. Por estos motivos se han desarrollado muchos tipos de aleaciones que abarcan una enorme gama de propiedades tanto físicas como químicas. La Metalurgia es la ciencia que trata de la extracción de los metales a partir de sus menas, así como la preparación de aleaciones, tratamiento térmico y mecánico de metales. La metalurgia del hierro recibe el nombre de Siderurgia.

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a).- Materiales Férricos Los productos siderúrgicos son, según la norma UNE 36001, toda sustancia férrea que ha sufrido un proceso metalúrgico, y se clasifican en Hierros, Aceros y Fundiciones. Los productos siderúrgicos ocupan un lugar preferente en el conjunto de los materiales metalúrgicos (la producción mundial es unas 20 veces mayor que la del resto de los metales). Esto es debido a la gran variedad de características que se pueden conseguir en los productos férreos, a un coste relativamente bajo. A partir de ellos se pueden obtener piezas mediante operaciones muy diversas, tales como fundición, forja, mecanizado, soldadura, estirado, etc... Además se pueden modificar sus propiedades con una gran variedad de tratamientos térmicos (temple, recocido, revenido, normalizado...). La mayoría de los productos siderúrgicos también presentan un gran inconveniente: se corroen con facilidad. Por otra parte, sus propiedades no satisfacen todas las exigencias que se requieren en determinadas aplicaciones, tales como buena conductividad eléctrica o una elevada relación resistencia/peso, entre otras.

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1).- Hierro. Es el elemento químico de este nombre, así como los productos siderúrgicos de los que, sólo como impurezas, pueden formar parte otros elementos. Es un metal blanco azulado, dúctil y maleable. Densidad 7,87 g/cm3. Funde de 1536 a 1539 ºC El hierro puro presenta una serie de transformaciones alotrópicas al enfriarse desde la temperatura de solidificación (1535ºC) hasta la temperatura ambiente

  - A 1539ºC la estructura cristalina de solidificación es cúbica centrada (hierro delta, Fe δ). - A 1400ºC, se transforma en una estructura cúbica centrada en las caras (hierro gamma, Fe ƴ) - A 900ºC se transforma de nuevo en cúbica centrada en el cuerpo (hierro alfa, Fe α).

2).- Aceros. Los aceros son aleaciones hierro-carbono con concentraciones apreciables de otros elementos aleantes. Existen miles de aceros de diferentes composiciones y/o tratamientos

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térmicos. Los aceros se clasifican según su contenido en carbono en: bajo, medio y alto contenido en carbono. Los aceros al carbono solo contienen concentraciones residuales de impurezas mientras que los aceros aleados contienen elementos que se añaden intencionadamente en concentraciones específicas. TENDENCiA: A

ELEMENTOS

EFECTO

INFLUENCIA

INFLUENCIA EN

INFLUENCIA EN

PRINCIPALES

ELEMENTOS ALEANTES EN

ENDURECEDOR

EN LA

LA

LA DISMINUCION

FUNCIONES QUE

LA FASE ALFA O GAMA

SOBRE LA

FORMACION

TEMPLABILIDAD

DE LA DUREZA

DESENPEÑAN

FERRITA

DE

EN EL REVENIDO

CADA UNO DE

DISOLVERSE

FORMAR

Máxima

Máxima

EN LA

CARBUROS

solubilidad

solubilida

en la

d en la

Ferrita

Austenita

FERRITA Níquel

SOLUBILIDAD DE LOS

Se Disuelve

No

Del 10 al 25%

Ilimitado

CARBUROS

LOS ELEMENTOS

Aumenta

Muy poco en

* Aumenta la

independiente

mejora la

Endurece y

Mínima

ligeramente

pequeños

tenacidad

del % de C

tenacidad

Tiende a retener

porcentajes

* Aumenta la

austenita en

resistencia

aceros de alto C

* Austeniza los aceros altos en C

Cromo

Se Disuelve

Si

Ilimitado

12,8%

Endurece

Mayor que el

Aumenta

Media resistencia

* Aumenta la

(20% con

ligeramente

Mn y menor

moderadamente

al ablandamiento

templabilidad

0,5% C)

Mejora la

que el W

* Mejora la

resistencia a la

resistencia al

corrosión

desgaste * Aumenta la resistencia en caliente * Aumenta la resistencia a la corrosión y oxidación

Molibdeno

Se Disuelve

Grande

37,5%

3% (8% con

Origina envejecimiento

Mayor que el Cr

Aumenta mucho

Se opone al

* Aumenta la

mas que el Cr

ablandamiento y

templabilidad

aparece la dureza

* Reduce la

secundaria

fragilidad de

0,3%C)

revenido * Mejora la resistencia en caliente Wolframio

Se Disuelve

Muy

30 – 50%

Grande

6% (11% con

Origina

Muy fuerte

envejecimiento

Aumenta

Se opone al

* Forma carburos

fuertemente

ablandamiento y

duros y

aparece la dureza

resistentes al

secundaria

desgaste a

0,255C)

elevadas temperaturas * Mejora la dureza y resistencia en calinte Vanadio

Se Disuelve

Muy Grande

Ilimitado

1% ($% con

Endurece moderadamente

Muy fuerte

Aumenta muy

Gran oposición al

* Reduce el

fuertemente

ablandamiento

crecimiento del

0,25C)

grano ante un sobrecalentamie nto * Aumenta la templabilidad * Incrementa la resistencia al desgaste * Aumenta la resistencia al revenido

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TENDENCiA: A

ELEMENTOS

SOLUBILIDAD DE LOS

EFECTO

INFLUENCIA

INFLUENCIA EN

INFLUENCIA

PRINCIPALES

ELEMENTOS ALEANTES

ENDURECEDOR

EN LA

LA

EN LA

FUNCIONES QUE

EN LA FASE ALFA O

SOBRE LA

FORMACION

TEMPLABILIDAD

DISMINUCION

DESENPEÑAN

GAMA

FERRITA

DE

DE LA

CADA UNO DE

CARBUROS

DUREZA EN

LOS ELEMENTOS

DISOLVERSE

FORMAR

Máxima

Máxima

EN LA

CARBUROS

solubilidad

solubilidad

EL

en la

en la

REVENIDO

Ferrita

Austenita

FERRITA Manganeso

ANALISIS Y CONTROL

Se Disuelve

No

15%

Ilimitado

Muy endurecedor

Menor que el Fe

Aumenta

Tiene poca

* Aumenta la

notablemente

importancia

templabilidad

en %

* Actúa como

normales

desoxidante * Aumenta la templabilidad

Silicio

Se Disuelve

MUY

18,5%

PEQUEÑA

2% (

Endurece con

9% con

perdida de

0,35% de

plasticidad

Menor que el Fe

Aumenta

No ejerce

+ Se usa como

moderadamente

influencia

desoxidante

Ni > Si