Tecnología Industrial II

I.E.S. VICTORIA KENT (ELCHE)

Modificación de las propiedades de los metales

Aleaciones Tratamientos

• Metales químicamente puros:

– Muy difíciles de obtener

– Poco útiles a nivel técnico. Solo cuando se necesitan propiedades específicas como la conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión u otras que dependen de la pureza del material.

• Habitualmente se utilizan ALEACIONES.

Una ALEACIÓN es una mezcla homogénea o una disolución sólida de un metal con otros elementos, metálicos o no metálicos, que conserva el aspecto y las propiedades de un metal.

BASE metal presente en mayor proporción

ALEANTES restantes elementos

Condiciones básicas para que dos o más elementos formen una aleación

• Tienen que ser miscibles en estado líquido y formar una mezcla homogénea cuando solidifiquen.

• El producto obtenido debe tener carácter metálico.

Las propiedades de las aleaciones son muy variadas y dependen de:• La naturaleza del metal base y de los aleantes.• La proporción en que éstos se encuentran.

Diagrama hierro - carbono

Elementos constitutivos de las aleaciones

Según la naturaleza de los cristales obtenidos en la solidificación:

• Cristales de elementos compuestos: formados por compuestos químicos de los componentes donde no es posible distinguir separadamente los componentes originales como en el carburo de hierro que le aporta dureza a los aceros que lo contienen.

• Cristales de solución sólida: los átomos del metal aleante se sitúan en la red cristalina del metal base.– El metal base, generalmente, conserva su sistema

cristalino.

– La solubilidad puede ser total o parcial.

– Pueden ser soluciones sólidas de sustitución o intersticiales.

– Las soluciones sólidas se caracterizan por incrementar enormemente la resistencia del metal base, sobre todo cuando se forman con enfriamiento muy lento, caso en el que tienen una estructura muy homogénea.

Átomos del metal base y del aleante similares en tamaño, composición y forma de cristalización.

Átomos del aleante lo suficientemente pequeños para albergarse en los intersticios de la red cristalina del metal base.Se produce cuando los aleantes son no metales de menor diámetro (H, B, C, N).

• Cristales simples o de componentes puros, cristalizados separadamente donde cada cristal contiene un solo componente. En este caso la aleación llamada eutéctica es una mezcla íntima de cristales formada cada uno de ellos de un solo componente puro. Estas aleaciones son de poca aplicación práctica debido a sus bajas propiedades mecánicas.

Por su baja temperatura de fusión, se emplean casi exclusivamente para la soldadura dulce. El ejemplo típico lo constituye la aleación plomo estaño empleada en la soldadura de láminas de cinc, cobre y latón.

Perlita, formada por láminas de ferrita y cementita

• Compuestos intermétalicos: son compuestos químicos definidos pues los aleantes son capaces de reaccionar entre sí.

– Gran dureza y resistencia al desgaste. Algo quebradizos.

Diagramas de solidificación

• Son instrumentos gráficos que permiten conocer las transformaciones que tienen lugar en el proceso de enfriamiento de las aleaciones, dependiendo de la composición de éstas.

Aceros aleados

• ACEROS AL CARBONO: no pueden cumplir todas las exigencias que requiere el actual desarrollo tecnológico.

• Para ello, hay que utilizar aleantes en los porcentajes adecuados.

• Proporción de Cr: 12 – 15%• Elevada resistencia a la corrosión.• Con pequeños % de C, gran dureza.

EMPLEADOS EN:Cuchillería, componentes de automoción y electrodomésticos, hogares y calderas que deban soportar elevadas temperaturas.

• 18% Cr, 10% Ni + pequeños % de Mo y Ti• Inoxidables. Buenas cualidades

mecánicas (gran elesticidad y capacidad de alargamiento a Tª ambiente).

• Si aumenta el % de Ni a 25 – 35%, más resistencia (aceros al níquel).

EMPLEADOS EN:Utensilios que requieran gran inoxidabilidad(cuberterías, material quirúrgico, recipientes de cocina, embellecedores, etc).

• Mayores porcentajes de Cr y Ni que los inoxidables y, además, pequeñas cantidades de Ti, Mn, Mo y W.

• Se caracterizan por su dureza, resistencia al desgaste y su inoxidabilidad a elevadas temperaturas.

• Son dúctiles y admiten la soldadura.

EMPLEADOS EN:Álabes de turbinas de vapor, engranajes, bulones, componentes de misiles, válvulas de motores, resortes, etc.

• Aleados con W, Cr, V y Mo• Grandes velocidades de corte sin

reblandecimiento, a pesar de alcanzar grandes temperaturas.

• Obtención muy delicada (atmósfera controlada y velocidades de calentamiento y enfriamiento muy lentas para evitar fisuras y grietas.

EMPLEADOS EN:Elaboración de herramientas para tornear, fresar, taladrar, cepillar, aserrar, cortar, et.

Procesos a los que se someten los metales para mejorar sus propiedades mecánicas.

Se pueden clasificar en cuatro grandes categorías: tratamientos térmicos, termoquímicos, mecánicos y superficiales.

Tratamientos

Térmicos

Recocido

Normalizado

Temple

Revenido

Termoquímicos

Cementación

Nitruración

Cianuración

Sulfinización

Mecánicos

En frío

En caliente

Superficiales

Metalización

Cromado duro

Tratamientos térmicos

• Se somete a los metales y a las aleaciones a procesos de calentamiento y enfriamiento con objeto de variar su estructura cristalina y su constitución, pero no su composición química.

Recocido• El material se calienta hasta una

cierta temperatura, se mantiene en ella cierto tiempo y se deja enfriar lentamente.

• Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

• Se pueden emplear hornos de muflao de cámara abierta (recubriendo la pieza con arena o cenizas calientes).

Tipos de recocido

• De homogeinización: se aplica a metales con soldaduras defectuosas para homogeneizar sus propiedades.

• De regeneración: se utiliza en aleaciones anormalmente duras por haber sufrido un enfriamiento excesivamente rápido.

• De estabilización: consigue eliminar tensiones internas de metales y aleaciones que han sido previamente sometidos a forja o laminado.

Normalizado

• Similar al recocido pero con una velocidad de enfriamiento más rápida (las piezas se secan del horno y se dejan enfriar al aire).

• Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

Temple

• El acero se calienta a una temperatura elevada para a continuación, someterlo a un enfriamiento rápido.

• Se alcanza una gran dureza en la superficie, debida a la tensión a que quedan sometidos los cristales por deformación de su estructura, ya que el proceso de enfriamiento rápido les impide alcanzar un equilibrio estable.

Tipos de temple• Temple martensítico: debe su nombre a la martensita, aleación muy

rica en carbono que se forma en la superficie del metal durante el proceso de enfriamiento rápido y que se caracteriza por su extrema dureza y fragilidad. Se aplica a los aceros.

• Temple de precipitación: el enfriamiento provoca la precipitaciñon de un compuesto químico que pone en tensión los cristales del metal y los endurece. Se aplica a las aleaciones de aluminio, magnesio y cobre.

• Temple superficial: se provoca un calentamiento muy rápido, de forma que solo una capa muy delgada de la superficie consiga la temperatura adecuada, seguida de un enfriamiento rápido. Se logra así un temple martensítico en la capa más externa sin que el interior de al pieza sufra ninguna transformación. El material obtenido resulta tenaz, resiliente y resistente al desgaste. Se aplica a piezas sometidas a gran rozamiento superficial, golpes bruscos y vibraciones (engranajes, bulones, válvulas…).

Revenido

• Tratamiento que se aplica a los materiales templados para eliminar la fragilidad y las tensiones internas.

• Las piezas se calientan a una Tª inferior a la de temple para transformarlas en formas más estables y, a continuación, provocarles un enfriamiento rápido. Se mejora la tenacidad a costa de disminuir la dureza de las piezas templadas.

Cementación

• Aumento de la cantidad de C en la capa superficial, que se endurece.

• Se aplica a piezas de bajo contenido en carbono (< 0,25%) sin templar que deban ser resistentes al rozamiento mientras que el núcleo permanece tenaz.

Nitruración

• Incorporación de N a la capa superficial para provocar su endurecimiento.

• Se aplica a piezas de aceros especiales aleados (solo cuando se forman nitruros de Cr, Mo, Al, etc. da buenos resultados) (cigüeñales, brocas, sierras, etc.) con dureza y resistencia al desgaste mayores que las obtenidas por cementación.

Cianuración

• Incorporación de N y C. Combinación de los dos anteriores.

• Se aplica por tanto a los aceros al carbono como a los aleados.

Sulfinización

• Incorporación de S, N y C a la superficie de los metales.

• Se consigue resistencia al desgaste y a la corrosión muy superior a la de los procesos anteriores. Fabricación de herramientes de corte

Tratamientos mecánicos

• Operaciones de deformación permanente de los metales mediante esfuerzos mecánicos.

• EN FRÍO: estampación en frío, estirado y trefilado.

• EN CALIENTE: forja, estampación en caliente y extrusión.

Tratamientos superficiales

• Mejora de las cualidades superficiales de los metales.

– METALIZACIÓN: proyección de un metal fundido sobre la superficie de otro para dar a esa superficie las propiedades del metal proyectado. Se utiliza para aumentar la resistencia al desgaste o a la corrosión.

– CROMADO DURO: mediante proceso electrolítico especial. Aporta al metal base algunas carácterísticasdel Cr, como mayor resistencia al desgaste y menor coeficiente de rozamiento.