INGENIERIA DE MANUFACTURA SELECCIÓN DE MATERIALES INVESTIGAR 1. Dentro de los materiales ferrosos, ferrosos, indique una clasificación general general de los aceros al carbono. Aceros al carbono: son aquellos en el que, a parte del carbono, el contenido de cualquiera de otros elementos aleantes. Como elementos aleantes que se añaden están el manganeso (Mn), el cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti). Por otro lado, en función del contenido de carbono presente en el acero, se tienen t ienen los siguientes grupos:
I) Aceros de bajo carbono (%C < 0.25)
II) Aceros Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55)
III) Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55)
Clasificación según UNE-EN 10020:2001 Según la calidad:
Aceros al carbono de calidad: son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad, tamaño de grano, formabilidad, etc.
Aceros al carbono carbono especiales: especiales: son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su composición y condiciones de manufactura. Este proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la confortabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad.
2. Indique qué es un acero aleado, aleado, y sus características características principales, por qué un acero se considera aleado. Se da el nombre de aceros aleados o aceros especiales a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre,
contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%, estos son aceros especiales. En un sentido más amplio, los aceros especiales pueden contener hasta el 50% de elementos de aleación. Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, selenio, aluminio, boro y Niobio. La influencia que ejercen esos elementos es muy variada, y, empleados en proporciones convenientes, se obtienen aceros con ciertas características que, en cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono. Utilizando aceros especiales es posible fabricar piezas de gran espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altas temperaturas.
3. Dentro de los metales y aleaciones ferrosas, indique cómo se obtiene el: aluminio, magnesio, cobre, níquel, titanio y una super aleación. Aluminio: Se extrae principalmente de la bauxita, tipo de arcilla muy abundante en los Estados Unidos de América, en Francia y en las Guayanas. Todos los métodos de obtención del aluminio son industriales, y parten del óxido de aluminio o alúmina. La cuba electrolítica en que se realiza el proceso posee un revestimiento de carbón que actúa como cátodo. El ánodo está constituido por barras, también de carbón, suspendidas dentro de la cuba. En ésta se coleca, previamente, la criolita o fluoruro doble de aluminio y sodio, que se funde mediante el calor generado por el arco voltaico que se produce entre los electrodos. Una vez fundida totalmente la criolita se agrega la alúmina, ya purificada, y se procede a la electrólisis de la solución de alúmina en criolita. Durante el proceso electrolítico se descompone la alúmina, pero no la criolita; por eso hay que ir añadiendo el óxido en tanto va progresando la electrólisis. El calor que se produce durante el transcurso de ésta basta para mantener fundida la criolita y
disuelta en ella la alúmina que se va agregando. El aluminio que se deposita en estado líquido en el fondo de la cuba se retira por la boca de descarga. De allí pasa a los moldes, donde se le da varias formas: lingotes, planchas, láminas, varillas, alambres, etcétera.
Magnesio: Actualmente se obtiene por electrólisis de MgCl2 fundido con CaCl2 y NaCl a una temperatura de 700-720ºC en celdas Dow (el magnesio se produce en el cátodo y el cloro en el ánodo) o por reducción silicotérmica de MgO en contenedores de cromo-níquel (con una mezcla de ferrosilicio [Si(Fe)], espato flúor (CaF2) y dolomita calcinada), a baja presión y 1160ºC. Es un metal ligero, blanco plateado y bastante duro. Se vuelve ligeramente mate al aire al formar una capa de óxido compacta que impide que el proceso continúe; y si está finamente dividido, se inflama fácilmente al calentarlo y arde con llama blanca muy intensa, deslumbrante, en parte debido a que reacciona con el nitrógeno y el dióxido de carbono, además del oxígeno, especialmente cuando está humedecido; por eso no debe emplearse agua ni extintores de CO2 para apagar un fuego de magnesio.
Cobre: Se obtiene mediante la fundición de sus componentes en un crisol o mediante la fundición y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres.
Níquel: El mineral que lo contiene se concentra y tuesta en un horno de reverbero, con lo cual se obtiene una mezcla de sulfuros de cobre y níquel, que reciben un tratamiento distinto según la composición de la mezcla, en el llamado proceso Mond.
Titanio: Existen dos métodos actualmente en uso para obtener el titanio metálico puro. El método Krupp y el de refinación electrolítica. El segundo se basa en la obtención de titanio de alta pureza mediante la circulación de corrientes eléctricas a través de soluciones que contienen titanio. El proceso es similar al que se aplica para refinar otros metales. El proceso Krupp se compone básicamente de: obtención de tetracloruro de titanio puro (TiCl4), reacción del mismo con magnesio fundido (en atmósfera inerte) y fundido de la esponja metálica obtenida en horno voltaico al vacío para obtener lingotes de titanio puro. La materia prima básica para estos procesos es el mineral de rutilo.
Súper aleación: Es una aleación que exhibe una excelente resistencia mecánica y a la fluencia, resistencia a altas temperaturas, estabilidad y una gran resistencia a la corrosión y la oxidación. Se puede obtener a través de un tratamiento térmico.L as superaleaciones de níquel forjado contienen dispersado en la matriz carburos (MC). Un recocido homogeneizador permita preparar una matriz para obtener una distribución uniforme de partículas de la fase de endurecimiento γ' durante posterior envejecimiento. Por ejemplo, la aleación de Inco 718 se somete a un recocido homogeneizador durante 1 hora a 768 ° C, y el envejecimiento se lleva a cabo en dos etapas: 8 horas a 718 ° C y 8 horas a 621 ° C. Después del recocido es importante para mantener la velocidad de enfriamiento para evitar la indeseable separación de fases. El enfriamiento entre las etapas de envejecimiento se lleva a cabo de manera continua durante 2 horas. 4.
¿Qué es una supe aleación?, indique sus ventajas y desventajas en contraste con otros materiales, de dos ejemplos.
Se denominan superaleaciones a un grupo de mteriales de base níquel, hierro y cobalto que son utilizados a temperaturas de 540 °C y superiores. Las superaleaciones poseen elevada resistencia a altas temperaturas, resistencia al ataque del medio ambiente (incluyendo nitruración, carbonización, oxidación y sulfuración), resistencia a la ruptura por estrés, estabilidad metalúrgica, características de expansión térmica muy útiles y resistencia a la fatiga térmica y a la corrosión. Puede haber desventajas ya que la utilización de superaleaciones está en aplicaciones donde la temperatura de servicio es cercana a la temperatura de fusión de la aleación. Es común que por lo tanto el uso de cristales individuales. El método anterior produce aleaciones policristalinas que sufren de un nivel inaceptable de la fluencia. Entre las super aleaciones mas utilizadas en la industria podemos mencionar: Aleación C-276: La C276 es una aleación de níquel-molibdeno-cromo-hierrotungsteno lo cual esta dentro de las aleaciones mas resistentes a la corrosión. Aleación 718: Es una aleación de níquel cromo endurecible por precipitación, que contiene una cantidad siginificativa de hierro, niobio y molibdeno, se utiliza principalmente en la industria de la aviación.
5.
¿Qué son los termoplásticos, los termos fijos y los elastómeros?
Termoplásticos: Son aquellos materiales que están formados por polímeros que se encuentran unidos mediante fuerzas intermoleculares o fuerzas de Van der waals, formando estructuras lineales o ramificadas. Los termoplásticos se
ablandan cuando se les aplica calor y tienen un acabado liso y duro cuando se enfrían. Existe una amplia gama de fórmulas termoplásticas disponibles que se han creado para muchas aplicaciones distintas.
Termos fijos: Son materiales rígidos que tienen una estructura molecular compleja del tipo red, la cual tiene lugar en el proceso de moldeo. Los plásticos llamados termofijos o termoestables son plásticos que una vez moldeados no pueden modificar su forma, y por lo tanto no pueden ser reciclados.
Elastómeros: Son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico. Es un polímetro que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso, recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a estas características, los elastómeros, son el material básico de fabricación de otros materiales como la goma, ya sea natural o sintética, y para algunos productos adhesivos
6.
¿Qué es un cerámico?, indique a partir de que materiales se obtienen y que procesos se utilizan en su producción.
Un cerámico es un material inorgánico, no metálico,care gaver buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada. Asimismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también elevado, además presentan un modo de rotura frágil. Los materiales cerámicos se obtienen a partir de materias primas arcillosas. La arcilla se moldea y se somete a un proceso de cocción en un horno a elevadas temperaturas. Dependiendo de la naturaleza y el tratamiento de las materias primas, se distinguen dos grandes grupos: cerámicas finas y cerámicas gruesas (permeables). Durante el proceso, los pequeños granos no se orientan en ninguna dirección predeterminada, sino de una forma aleatoria. Esta distribución al azar hace que a escala macroscópica, las propiedades mecánicas que presentan sean isotrópicas. El proceso de compactación y prensado de polvos puede dar lugar a cierta porosidad en el producto final. Maximizar las propiedades mecánicas implica reducir la porosidad al mínimo, pues los poros son pequeños defectos
que pueden actuar como concentradores de tensión e iniciadores del fallo prematuro del material [10] No obstante, la porosidad global de estos materiales suele ser casi nula y en consecuencia la densidad aparente es prácticamente igual a su densidad teórica. Sin embargo, no debe olvidarse que la existencia de un pequeño defecto aislado puede resultar fundamental en el comportamiento final. 7.
¿Qué es un material compuesto?, ¿qué un compuesto reforzado?
Un material compuesto está formado por dos o más componentes y se caracteriza porque las propiedades del material final son superiores a las que tienen los materiales constituyentes por separado. Los materiales compuestos están formados por dos fases; una continua denominada matriz y otra dispersa denominada refuerzo. El refuerzo proporciona las propiedades mecánicas al material compuesto y la matriz la resistencia térmica y ambiental. Matriz y refuerzo se encuentran separado por la interfase.
Un compuesto reforzado mejora la resistencia, carga de rotura, la rigidez, la relación resistencia/peso, por la introducción de fibras f uertes, rígidas y frágiles, en una matriz más blanda y dúctil. El material de la matriz transmite los esfuerzos a las fibras y proporciona tenacidad y ductilidad al compuesto, mientras las fibras soportan la mayor parte de la fuerza o tensión aplicada. Una característica de estos compuestos respecto a los endurecidos por dispersión es que la resistencia del compuesto aumenta tanto a temperatura ambiente como a elevadas temperaturas. Se suelen emplear una gran cantidad de materiales reforzados. 8.
¿Cuál es la diferencia con los compuestos de matriz metálica o cerámica?
Los compuestos de matriz metálica incorporan una amplia variedad de combinaciones tanto de refuerzo como de matriz y los compuestos de matriz cerámica superar la fragilidad intrínseca y la falta de confiabilidad causada por la alta variabilidad en los valores de propiedades mecánicas de los cerámicos de uso común en ingeniería y se basan en el uso de carburo de silicio, nitruro de silicio, óxido de silicio y óxido de aluminio, todos los cuales exhiben puntos de fusión por encima de los 1700 oC 9.
¿Qué es una estructura de “honeycomb”? Las estructuras Honeycomb son estructuras que son fabricadas en la naturaleza o por el hombre que tienen la geometría de un panal para permitir minimizar la cantidad de material para alcanzar el
peso mínimo y el costo mínimo de material. La geometría de las estructuras de honeycomb pueden tener extensas variaciones pero todas estas estructuras tienen una característica en común y es que en todas tienen filas con celdas huecas separadas por paredes verticales muy delgadas. Las celdas comúnmente son en forma de columna y con una forma hexagonal. Una estructura hecha con honeycomb provee la menor densidad y buenas propiedades de compresión y cortante
Referencias electrónicas
materiasfcytumsseduotecno-cap-pdf http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html#seccion2 http://www.bohlerperu.com/files/Intro-AcerosEspeciales.pd http://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/redox.pdf http://www.uam.es/docencia/museovir/web/Museovirtual/tperiodica/elementos2/mg.htm www.unalmed.edu.co/.../ Superaleaciones http://www.chilexpo.com/calidad/hastelloy-c276 quantum.cucei.udg.mx/~saguf/descargas/ termoplasticos www.uv.es/uimcv/Castellano/ModuloMat Ceramicosnidadpdf http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion4.CERAMICAS.PreparacionMateriasPrimas.p pt.pdf http://ocw.usal.es wwwupvesmaterialescmcmpfcmtml http://www.cyd.conacyt.gob.mx/240/Articulos/MaterialesCompuestos/MaterialesCompu estos4.html cdigitaluvmxitstreamflorezliautpdf
