MATERIALES INDUSTRIALES PASO 5 ACTIVIDAD COLABORATIVA
PRESENTADO POR OSCAR JAVIER JONES ZARATE COD: 91284480 GRUPO: 256599_18
TUTOR DEL CURSO EDWARD FERNANDO TORO
UNAD UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA CEAD BUCARAMANGA OCTUBRE 27 2017
INTRODUCCION Con el desarrollo del presente del Trabajo colaborativo del curso Materiales Industriales buscamos fomentar la investigación e interpretación de los temas concernientes de la Unidad 2 como lo son los diagramas de fases, metales y aleaciones; teniendo como referencia el modulo y en material didáctico adjuntado en plataforma para reconocer los temas de la formación profesional y optimizar el aprendizaje del curso. Como futuros ingenieros debemos desarrollar conceptos e ideas claras de cómo se deben de analizar dichos materiales para garantizar la mejor aplicación y uso; este curso busca dar las bases para comprender y entender dichos análisis.
OBJETIVOS
Comprender los contenidos de la unidad 2. Identificar las aleaciones, sus propiedades mecánicas, físicas; y de acuerdo a estas propiedades identificar el uso y aplicación tanto en la vida cotidiana como en la industria. Comprender y aprender la importancia que tiene el estudio de los materiales para la aplicación de ingeniería en la industria, y como este estudio favorece el crecimiento y desarrollo de las empresas.
1. Consid ere que usted es el ingeniero de compras en una empresa en la cual se producen ladrillos refractarios de todo tipo. Los procesos de cocció n ocur ren en hornos d e bóveda, los cuales se deben cargar con carros, que se desplazan mediante carriles en acero. Uno de los carros t ubo un a avería en una de sus ruedas fabricadas en fundic ión o hierro gris, el gerente de la empresa está preocupado debido a que necesita un mínimo de producción diaria y teme no alcanzar a cumplir, por tal motivo revisa en el mercado y encuentra las siguientes alternativas :
Fundidora CERCO.: puede fabricar las ruedas del carro ferrocarril, pero en acero AISI-SAE 1060
Fundidora ECOLOMBIAN: Puede fabricarlas, pero en Fundición blanca
Fundidora MAENTA: Puede Fabricarla en función nodular
Fundidora COLOMBIA. Puede fabricarla en acero de bajo carbono AISI-SAE 1080. Pero con un tratamiento superficial de carburizado.
Seleccione argumentando por qué y en función del tipo de material, la selección de alguna de las anteriores fundidoras, y argumentando porque cada una de las otras no. No tenga en cuenta el precio, ya que, como ingeniero de compras, debe saber que el no cumplimiento con la producción generaría una mayor pérdida de lo que puede valer la parte que se averió, también recuerde que el tiempo apremia y estas alternativas anteriores son las que pueden fabricar la rueda en el menor tiempo posible. Rta: Acero 1060 es uno de los aceros con más alto contenido de carbono
(0.60%). Es más difícil de fabricar que los grados de bajo carbono. Su maquinabilidad y en general la de todos los aceros de alto carbono, es baja. El 1060 tiene entre un 55 a 60 % de la maquinabilidad del acero 1112, considerado como 100% maquinable. Fundición blanca: Son las que todo el carbono se encuentra combinado bajo
la forma de Cementita. Todas ellas son aleaciones hipo-eutécticas y las
transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono. Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y resistencia al desgaste, siendo sumamente quebradiza y difícil de mecanizar. Esta fragilidad y falta de maquinabilidad limita la utilización industrial de las fundiciones " totalmente blancas ", quedando reducido su empleo a aquellos casos en que no se quiera ductilidad como en las camisas interiores de las hormigoneras, molinos de bolas, algunos tipos de estampas de estirar y en las boquillas de extrusión. También se utiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricación de fundición maleable. Fundición nodular: Al contrario de una fundición gris, la cual contiene
hojuelas de grafito, la fundición nodular tiene una estructura de colada que contiene partículas de grafito en forma de pequeños nódulos esferoidales en una matriz metálica dúctil. De este modo la fundición nodular tiene una resistencia mucho mayor que una fundición gris y un considerable grado de ductilidad, estas propiedades y otras tantas pueden mejorarse con la utilización de tratamientos térmicos. Al igual que una fundición gris, este material tiene la ventaja de poseer una excelente fluidez. De este modo es posible obtener piezas de reducidos espesores, siempre que se asegure un flujo lineal y calmado a la hora de llenar los moldes, esto es imprescindible para evitar el endurecimiento de los bordes y la formación de carburos en las secciones más delgadas. El material que utilizaría para la construcción de la rueda sería el de fundición nodular; por lo tanto, la Fundidora MAENTA es la seleccionada.
1. Debido al liviano peso del alumin io, un fabricante de piezas para motor emprende la tarea de fabricar partes muy pequeñas que requieren de bastantes procedimientos de mecanizado posterior a la fabricación. Como es bien sabido el aluminio puro solo se utiliza como conductor eléctrico. Por tal motivo es necesario alearlo con el fin de alcanzar las propiedades mínimas exigidas. Este fabricante debe escoger entre los siguientes materiales:
Aluminio Forjado no tratable térmicamente 3540 Aluminio Forjado tratado térmicamente 6024 –T4 Duraluminio
Rta: El material que escogí para la fabricación de pequeñas partes para el
motor fue el DURALUMINO. Éste material es templable; Posee una resistencia que oscila entre los 18 kg/mm2 hasta 24 kg/mm2, sin templar y, desde 34 a 50 kg/mm2 al recibir dicho tratamiento térmico. Su resistencia a la corrosión es limitada debido a su contenido en cobre. Mediante chapado con aluminio puro o la utilización de pinturas especiales anticorrosivas puede atenuarse este efecto .
2. Completar la siguiente matriz de consolid ación correspondi ente a las aleaciones de níquel y magnesio. Metal Base
Níquel
Aplicacio nes como metal puro
Elementos
Nombre de las
Apl icaci ones más importantes de
principales que
aleaciones más
las aleaciones más util izadas.
se alean con él.
usadas,
-El 65% del níquel obtenido en el mundo se
-Cobre
-Níquel y cobre.
-Monel, que son aleaciones con
emplea en fabricar acero inoxidable
-Hierro
-Níquel y hierro.
razones en peso de níquel-cobre de
austenítico, un 12% en la fabricación de
-Cromo
-Níquel, hierro y cromo.
aproximadamente 2:1.
superaleaciones de níquel y el 23%
-Molibdeno
-Níquel, cromo,
-Aceros forjados (de 0,5 a 9% Ni)
molibdeno y hierro.
-Aceros de aleación colados (de 0,5 a
restante en baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos
9% Ni)
metálicos y como elemento para la
-Hierros colados de aleación (de 1 a
fabricación de fundiciones.
6% y de 14 a 36% Ni)
- Sus propiedades magnéticas hacen que
-Aleaciones magnéticas (de 20 a 90%
el níquel sea un material muy importante
Ni)
para
-Aleaciones no magnéticas (10 a 20%
fabricar
ordenador,
los
discos
imanes,
duros
las
de
baterías
Ni)
recargables e incluso para fabricar las
-Aceros revestidos de acero inoxidable
cuerdas de las guitarras eléctricas.
(de 5 a 49% Ni)
-Debido
a
conductividad
su
relativamente
térmica
y
su
alta buena
-Superaleaciones a base de hierro (de 0,2 a 9% Ni)
resistencia a la corrosión, es usado en la
-Aleaciones de dilatación térmica
fabricación de intercambiadores de calor.
controlada, que a su vez se pueden dividir en otros dos grupos:
Magnesio
-En el proceso de Kroll, el magnesio se
-Aluminio
-Aleaciones AM60B y
-Son
utiliza para obtener titanio.
-Zinc
AM50A.
empleadas
-El magnesio es a la vez fuerte y ligero. -
-Torio
-Aleación ZE41A-T5
automovilística,
Esto lo hace ideal para su uso en piezas de
-Circonio
(RZ5)
telecomunicaciones. En la actualidad,
-WE43AT6
vehículos como Audi A2, A4 y A6
automóviles y camiones. A menudo es
aleaciones en
ampliamente la
industria
electrónica
y
de
aleado con otros metales fuertes (por
contienen aproximadamente 14 kg de
ejemplo, el aluminio).
estas aleaciones de magnesio que ha
-Debido a su bajo peso y buenas
reemplazado a las de aluminio.
propiedades mecánicas y eléctricas, el
-Las propiedades óptimas para esta
magnesio se utiliza para la fabricación de
aleación, se obtienen en la condición
teléfonos
llamados
T5, después de 2 horas a 330ºC
teléfonos móviles), ordenadores portátiles y
seguidas por 10 a 16 horas a 170-
cámaras. También se puede utilizar para
180ºC. Propiedades satisfactorias se
hacer otros componentes eléctricos.
obtienen calentando entre 1 y 6 horas
-Tres diferentes compuestos de magnesio
a temperaturas del orden de 325 a
se utilizan como antisépticos.
360ºC. En ambos casos no se
-Los tejidos tratados con compuestos de
requiere de enfriamiento en agua. En
magnesio son resistentes a las polillas.
fórmula 1, una de las aleaciones de
-El sulfito de magnesio se utiliza en la
magnesio de mayor éxito ha sido la
fabricación de papel.
anteriormente
-El bromuro de magnesio puede ser
empleada para la fabricación de cajas
utilizado como un sedante suave. Sin
de cambio.
embargo, es la acción del bromo la que
- Es una aleación de alta resistencia
causa el efecto sedante.
dentro de las de magnesio, de
-El polvo que los gimnastas y levantadores
excelente resistencia a la corrosión y
móviles
(también
mencionada
"RZ5"
de pesas utilizan para mejorar el agarre es
que además puede ser empleada a
carbonato de magnesio.
elevadas temperaturas, pudiendo estar
-Los iones de magnesio son esenciales
expuesta por largos periodos de
para todos los seres vivos. Por lo tanto, las
tiempo a temperaturas del orden de
sales
250ºC; esta aleación ha sido
de
magnesio
se
añaden
a
los alimentos y fertilizantes.
seleccionada para helicópteros como
-El magnesio se puede utilizar como un
Eurocopter EC120, Sikorsky S92 y
agente reductor productor de uranio a partir
MD500, entre otros.
de su sal. -Como el magnesio produce una luz blanca y brillante cuando se quema, es ideal para su uso en la fotografía con flash, bengalas y fuegos artificiales.
3. Realizar un cuadro co n todas las prop iedades del Latón com o una de las aleaciones más importantes del cobre, debe tener las prin cipales aplicaciones de esta aleación al igual q ue los ti pos de latones y sus formas de organización estructu ral o empaquetamiento cri stalográfico. Posteriormente presentar una reflexión del por qu é es util izado en la fabricación de ciertos t ipos de tu bos y enchapes, así como en la de ciertos ti pos de torni llos. Presentar las ventajas y desventajas con el bron ce. MECANICAS
TERMICAS
ELECTRICAS
- Apto para tratamientos de superficie, admite bien la
- Buena conductividad térmica, de 119,4 W/m*K a
-Buena conductividad eléctrica,
deformación en frío al ser rico en cobre, porque el latón es
20ºC
de 0,158 Mega Siemens/cm a
un material dúctil y maleable, fácilmente moldeable
- Excelentes propiedades de soldadura, por
20ºC
- Excelente plasticidad en estampación en caliente, por
ejemplo para racores que se sueldan con estaño
encima
de
680
ºC a
tubo
de
cobre
- Resistente al desgaste por frotamiento, se utiliza por ello en
- No se altera a temperaturas comprendidas entre
cerrajería, automoción, como puntas de bolígrafo, etc., por
-100ºC y 200ºC ni se degrada con la luz
sus buenas características mecánicas: de dureza mínima y
- Su temperatura de fusión (980ºC) es inferior a la
máxima entre 80 y 170HB
del hierro, los aceros, el bronce y el cobre puro.
-Densidad de 8,44 gr/cm3 a temperatura de 20ºC
-Se puede fundir piezas de latón mediante:
-Fuerza tensil (de tensión) de aproximadamente 350 N/mm2
*Moldes de arena
- Resistente a la corrosión,
- No produce chispas por impacto mecánico, propiedad
*Moldes metálicos o coquillas
debido a ello se usa en grifería y
atípica en las aleaciones, lo que convierte al latón en un
*Por gravedad
en racores para conducciones
material muy útil para equipamientos de compuestos
*A través de máquinas inyectoras a presión
de
inflamables.
*A la cera perdida para piezas de geometrías
aplicaciones navales
complejas, método usado en aplicaciones de bisutería
QU MICAS
fluidos,
y
también
en
Tipos de latones
En el latón de uso industrial, el cinc siempre tiene una presencia de menos del 50%. Ofrece las mismas propiedades básicas del cobre, pero el precio del latón es menor; además, resulta más fácil de trabajar y es más resistente. Con un porcentaje de cinc inferior al 35% el latón resulta muy dúctil, permitiendo trabajarlo en frío y transformarlo con facilidad en chapas de latón de diferentes espesores, en barras de latón o en hilo de latón. Si aumenta la cantidad de cinc al 45% ya es necesario trabajarlo en caliente. En este caso también tiene más resistencia a la tracción y, además, resulta muy fácil de grabar y estampar. Latones ordinarios Latones rojos: Entre ellos se encuentra el usado en joyería por su parecido con el
oro, además del bronce comercial, con un 10% de cinc, muy utilizado como imitación del bronce. El semirrojo tiene un 15% de cinc y se emplea para los radiadores de coches. El latón bajo, con algo menos de un 20% de cinc da forma a tubos flexibles. Latones amarillos: El porcentaje de cinc es de entre el 25% y el 35%. Son el
latón para muelles y resortes y el de cartuchos y municiones. Latones alfa + beta: Con entre el 36% y el 42% de cinc, son menos dúctiles que
los latones rojos y amarillos y no se laminan en frío. Hay que trabajarlos y conformarlos en caliente. Hna sido muy usado en barcos desde que fue patentado por Muntz en el siglo XIX.
Latones especiales
Son las aleaciones de cobre y cinc a las que se añaden otros elementos para conseguir mayor dureza, resistencia mecánica y a la corrosión. Los latones especiales más frecuentes son: Latón al aluminio. Latón al hierro: Ofrece una mejora en la dureza y resistencia a la tracción frente
al latón estándar. Latón al plomo : De gran resistencia mecánica y maquinabilidad. Latón al manganeso: Tiene una mayor resistencia a la tracción y menor
ductibilidad. Latón al estaño: de mayor resistencia a la tracción y a la corrosión. En este caso
se encuentran dos aleaciones conocidas: el metal de almirantazgo, muy resistente a la corrosión, por lo que es usado en tubos de condensadores, y el latón naval, muy usado en agua dulce y salada. Este último se compone de un 40% de cinc para resistir mejor la salinidad. Latón al silicio: como el conocido bronsil. Con un destacado comportamiento
ante la corrosión, se usa para válvulas, bombas y engranajes. Latón complejo: aleado con otros materiales, resiste muy bien a la corrosión y a
la cavitación, por lo que está presente en hélices y otras piezas de barcos, así como en equipos de pesca
Reflexión:
Una aleación de cobre y zinc que contienen aluminio y una pequeña cantidad de arsénico que se añade como un inhibidor contra desgalvanización. Inhibida Aluminio Latón se resiste a la acción de la sal de alta velocidad y el agua salobre y
se utiliza comúnmente para tubos del condensador. La característica sobresaliente de latón de aluminio es la alta resistencia al ataque de choque. Tubos de esta aleación se recomiendan para su uso en estaciones terrestres y marinas de alimentación donde las velocidades del agua de refrigeración son altas y donde inhibe de latón estañado no ha de choque. Guía para la selección del material del tubo: agua de mar: a. Sales disueltas más de 2000 ppm.b. Los sólidos suspendidos más de 30 ppm.c. H2S o amoníaco es menos que una velocidad promedio de agua ppm. Permisible 2,0 a 2,5 metros / seg. El latón es una aleación de cobre y zinc. Ocasionalmente se añaden pequeñas cantidades de otros elementos (Al, Sn, Pb ó As) para potenciar alguna de las características de la aleación. Hacia el 1400 a. C. se descubre el latón, aleación de cobre y zinc, que presenta un excelente comportamiento frente a la deformación, además de una gran maleabilidad en frío y en caliente. Es resistente a la corrosión y al desgaste. Su uso se masificó sólo en el año 250 a. C. con la fabricación de monedas en el imperio romano. Las aplicaciones del latón han abarcado los campos más diversos, desde el armamento hasta la ornamentación. En particular se utilizó en el siglo XV para la elaboración de instrumentos astronómicos, luego, con la aparición de la imprenta, el latón fue parte fundamental del trabajo tipográfico. A mediados del siglo XVI, en Europa, los tornillos y tuercas eran elaborados principalmente de latón, cobre y bronce, además el latón se utilizó para elaborar los engranajes de los relojes, y finalmente en el siglo XVII se utiliza en el telescopio óptico en Holanda, en el reloj de
péndulo
y
para
la
fabricación
de
cubiertos.
Actualmente las aplicaciones del latón incluyen grifería sanitaria, de gas, cerrajería, artículos automotrices como termostatos, componentes eléctricos, decoración, tornillería, entre muchas otras.
Presentar las ventajas y desventajas con el bronce.
El latón consiste en una aleación de cobre y zinc principalmente, que resulta fácilmente moldeable y con un punto de fusión inferior al hierro, el acero, el bronce y el cobre. Es de aspecto brillante, dorado, con buena resistencia a la corrosión y buen conductor de la electricidad, lo que hace que su uso se haya vuelto muy popular en ornamentos, bisutería, utensilios e incluso en grifería. Además, es un metal con alta resistencia al desgaste por lo que se usa en la fabricación de cojinetes y coronas. Cuando se añade plomo a la aleación, prolifera su empleo industrial ya que se mecaniza bien por arranque de viruta. Aunque no es la única forma de obtener latón. Hay un sinfín de variedades, de hecho, desde tiempos muy remotos, se viene empleando zinc para fabricar latón, las versiones más populares hoy en día cuentan con entre un 30 y un 40% de zinc en su aleación Si el nivel de zinc desciende el 20%, se le conoce como latón rojo a causa del color que adquiere, pasando a ser latón amarillo cuando contiene entre un 34 y un 37% de zinc. Este último se fabrica con mayor facilidad, pero es menos resistente que el anterior. A veces se puede confundir con el bronce, pero debemos tener claro que, al igual que el latón está compuesto básicamente por cobre y zinc, el bronce también se trata de una aleación, pero de cobre y estaño en su mayoría. Por tanto, podemos decir que el origen de ambos y su nexo común es el cobre. Para obtener bronce, el cobre se expone a temperaturas de fusión muy altas y su ductibilidad es baja, mientras que en el latón es justamente a la inversa: se trata de un metal con baja fusión y elevada ductibilidad.
Podríamos decir que comúnmente denominamos bronce a toda aleación en que el cobre es el componente mayoritario, dando lugar a bronces de estaño, aluminio, silicio y hasta hierro. Es el zinc, el que da el toque de diferenciación al latón. Aunque debemos dejar claro que ninguno de ellos es una aleación totalmente binaria; tanto latón como bronce tienen en su elaboración otros elementos en menor porcentaje. El latón, además, resulta más maleable y tiene buenas propiedades acústicas lo que lo vuelve ideal para instrumentos musicales como la trompeta, mientras que el bronce es más duro y resistente y podemos encontrarlo en numerosos saxofones. A simple vista, podemos diferenciarlos porque el latón resulta más brillante, más similar al oro, mientras que el bronce suele ser más oscuro, aunque esto no se debe a su composición si no al proceso de fabricación al que son sometidos. La chatarra de ambos elementos puede ser reciclada mediante su fundición en hornos para fabricar nuevos artilugios.
CONCLUSIONES
Gracias al esfuerzo realizado por muchos investigadores, ingenieros y otros ha permitido el desarrollo de enormes avances en el campo de los nuevos compuestos, aleaciones y procesos térmicos que han permitido desarrollar nuevos materiales más resistentes y fuertes. En las investigaciones destaca la búsqueda de propiedades específicas orientadas a lograr la eficiencia global de los procesos, se incide así en aspectos como la resistencia a las altas temperaturas, la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión, así como una mayor eficiencia energética, a la par de reducciones en la densidad y en peso, o bien, capacidades conductoras ampliadas, texturas, transparencia,
etc. Estas
características
se
han
logrado
obtener
por
combinaciones y procesos. Por otro lado, los diagramas de fases han sido de gran ayuda para el desarrollo de estos nuevos materiales. Debido a que al aplicarle a un material cierto tratamiento térmico (temple, recocido, revenido o normalizado), el diagrama de fases ayuda a predecir, por ejemplo, a que temperatura el material lograría la solidificación, a que temperatura fundiría, a que temperatura lograría el equilibrio cierta aleación, averiguarla solubilidad, etc.
BIBLIOGRAFIA
Materiales de ingeniería y sus aplicaciones. Tercera edición. Richard A. Flinn y Paul K. Trojan. Ed. McGraw-Hill, 1989. ASKELAND Donald, phulé pradeep. Ciencia e ingeniería de los materiales. Cuarta edición. Thomson ed. México, 2004. Ángel, Méndez. (2012). Aleaciones del magnesio. Recuperado de: https://quimica.laguia2000.com/elementos-quimicos/aleaciones-del-magnesio Aceros el álamo. (2011). Acero 1060. Recuperado de: http://aceroselalamo.com/acero-1060/ Fundición Blanca. Recuperado de: http://www.esi2.us.es/IMM2/Practhtml/y1.html
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Puente, Lara. (2013). Aluminio. Uso en el automóvil. Recuperado de: http://puentelara.blogspot.com.co/2013/02/aluminio-uso-en-elautomovil.html
