TEMA9 Aleaciones No Ferreas

Aleaciones no férreas y ferrosas

Sumario INTRODUCCIÓN. Cu Y SUS ALEACIONES. Al Y SUS ALEACIONES. Mg Y SUS ALEACIONES. Ti Y SUS ALEACIONES. METALES REFRACTARIOS. SUPERALEACIONES. METALES NOBLES. OTRAS ALEACIONES NO FÉRREAS. ALEACIONES FERROSAS.

Aleaciones no férreas ...

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INTRODUCCIÓN Acero y aleaciones férreas se consumen en cantidades grandes: diversidad de propiedades mecánicas. Aceros

Baja aleación Alta aleación

Férreas Fundiciones

Aleaciones

Gris Dúctil Blanca Maleable

No férreas


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INTRODUCCIÓN Materiales Metálicos/ aleaciones no férreas Soluciones sólidas: (a) de sustitución (b) intersticiales Sustitucionales: Los átomos del metal soluto ocupan algunas de las posiciones de los átomos del metal disolvente Intersticiales: Los átomos del soluto ocupan los lugares vacíos que hay entre los átomos del disolvente

ALEACIONES NO FÉRREAS -Aleaciones que no contienen hierro. -Se clasifican según: * El componente mayoritario * Las características específicas del grupo de...aleaciones. Aleaciones no férreas 4

INTRODUCCIÓN

Factores: Abundancia en la corteza terrestre. Fabricación de aceros de forma económica. Aleaciones relativamente versátiles. Inconvenientes: Densidad elevada. Conductividad eléctrica baja. Corrosión en medios muy comunes. Otros metales: combinación apropiada de propiedades


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INTRODUCCIÓN Las estructuras y el comportamiento de las aleaciones no férreas presentan diferencias enormes con aquellas del acero. Las Tfusión van desde los 29 ºC (Ga) hasta los 3000 °C (W). La resistencia va desde 7 MPa a 1400 MPa. Las ρ van desde muy bajas (Al, Mg, Be) a muy altas (W, Pb). En general, son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales. El costo de estas aleaciones también es muy variado. Aleaciones no férreas ...

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MATERIALES METÁLICOS / ALEACIONES NO FÉRREAS

ALEACIONES NO FÉRREAS


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INTRODUCCIÓN Tipo

Características

Ejemplo de metal no férreo

Pesados

Densidad mayor que 5 kg/dm3

Sb, Cu, Zn, Pb, Cr, Ni, W, Co

Ligeros

Densidad comprendida entre 2 y 5 kg/dm3

Al, Ti

Ultra ligeros

Densidad menor de 2 kg/dm3

Mg, Be

Los metales no ferrosos, ordenados de mayor a menor utilización, son: Aluminio

Plomo

Cromo

Cobre

Cinc

Titanio

Estaño

Níquel

Magnesio


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INTRODUCCIÓN Metal

Densidad (g/cm3)

Resistencia a tracción (MPa)

Resistencia específica (MPa/g/cm3)

Costo por kg ($/kg)

Aluminio

2,7

575

213

1,95

Berilio

1,85

380

205

660

Cobre

8,93

1035

116

6,74

Plomo

11,36

69

6

2,03

Magnesio

1,74

380

218

3,1

Níquel

8,9

1240

139

15,81

Titanio

4,51

1105

245

12,1

Wolframio

19,25

1035

54

22

Zinc

7,13

520

73

2,28

Hierro

7,87

1300

175

0,22

Propiedades de algunos metales y ...el costo de los mismos Aleaciones no férreas

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Cu Y SUS ALEACIONES Metal de transición de color rojizo y brillo metálico Es blando, alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad. Difícil de mecanizar, capacidad ilimitada de trabajo en frío y resistente a la corrosión. Material más empleado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos. Es el tercer metal más utilizado, por detrás del acero y el aluminio. Resistencia mecánica y corrosión mejoradas con la aleación.


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Clasificación comercial de las aleaciones de cobre

Cu Y SUS ALEACIONES Latones a 5 – 36% Zn Latones (Cu-Zn)

Rojos (5 – 20% Zn) Amarillos (38 – 46% Zn)

Latones α+β (38 – 46% Zn

Bronces (Cu + hasta un 12% de ≠ aleantes)

Cuproniqueles (Cu – Ni)

Plata alemana

Cu – Sn Cu – Si Cu – Al Cu - Be LA MAYORÍA DE LAS ALEACIONES DE COBRE NO ENDURECEN POR TRATAMIENTO TÉRMICO Y, POR ESTE MOTIVO, LAS PROPIEDADES MECÁNICAS SE MEJORAN MEDIANTE ACRITUD Y FORMACIÓN DE DISOLUCIONES SÓLIDAS.

Latón al Ni (Cu –Aleaciones Ni - Znno férreas ...

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Clasificación de las aleaciones de cobre según (Cooper Development Associaton (CDA)

Cu Y SUS ALEACIONES

Aleaciones para forja

C1xxx: aleaciones con alto contenido en cobre (96% Cu mínimo) C2xxx: Aleaciones Cu-Zn (latones) C3xxx: Aleaciones Cu-Zn-Pb (latones plomados) C4xxx: Aleaciones Cu-Zn-Sn (latones de estaño) C5xx: Aleaciones Cu-Sn (bronces de fósforo) C6xxx: Aleaciones Cu-Al (bronces de aluminio); Cu-Si (bronces de silicio), C7xxx: Aleaciones Cu-Ni y Cu-Ni-Zn (niquelados plateados)

Aleaciones para fundido

C8xxx: Aleaciones con alto contenido en cobre, latones fundidos de varias clases, Cu-Mn, Cu-Zn-Si C9xxx: Aleaciones fundidas de Cu-Sn, Cu-Sn-Pb, Cu-Sn-Ni, Cu-Al-Fe, Cu-Ni-Fe, Cu-Ni-Zn


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Cu Y SUS ALEACIONES Aleaciones: No endurecen por tratamiento térmico, formación de disoluciones sólidas. Latón: Zn principal elemento de aleación. Latón a: <40% Zn, estructura FCC. Relativamente blandos, dúctiles y fáciles de echurar en frío. Se utiliza en bisutería, tuberías, instrumentos musicales, monedas o arquitectura. Latón ß: 47-55% Zn. Se emplea como aleación de soldadura por tener una temperatura de fusión inferior al latón a. Muy deformable. Latones binarios a+ ß: 40% Zn (Muntz), es fácil de mecanizar. Latones γ: > 60% Zn. No se usan industrialmente por su fragilidad. Aleaciones no férreas ...

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Cu Y SUS ALEACIONES

LATONES BINARIOS Cu (FCC)-Zn

Solución sólida α. Con pequeñas cantidades de soluto, se obtiene una sustitución desordenada en la red espacial del cobre, conservando la estructura cúbica centrada en las caras (ejemplos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si). La fase es estable hasta concentraciones de ≈ 35 % Zn Estructura cúbica centrada en el cuerpo, fase β(desordenada). Al incrementar la proporción del soluto, en algunos casos se forma una nueva estructura cristalina

SSα, Cúbica centrada en las caras

ordenada

Estructura cúbica centrada en el cuerpo, fase β’ (ordenado).Bajo ciertas condiciones de equilibrio ocurre una nueva ordenación de la red espacial. Por ejemplo, en latones β, cuando Nº átomos Cu ≈ Zn, uno de los átomos ocupan los vértices de la celdilla fundamental.

SSβ Cúbica centrada en el cuerpo (desordenada)


Diagrama de fase Cu-Zn.

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Cu Y SUS ALEACIONES Solución sólida α: Estructura cúbicas de caras centradas. Los átomos de Zn reemplazan átomos de Cu de una manera desordenada. Fase β: Estructura cúbica de cuerpo centrado. Entre las zonas α y β existe un campo donde coexisten ambas fases, y a través de la cual la proporción de fase β se incrementa a expensas de la α a medida que el contenido en Zn de la aleación se incrementa. Fase γ: Es un compuesto Cu5Zn8, de estructura cúbica compleja. Su fragilidad hace que estos latones no tengan aplicación industrial. Línea de trazos: cruza los campos (α+β), β,(β+γ)a454 y 468ºC, indica un cambio progresivo de la fase β, desordenada, a una estructura β', ordenada, o viceversa. La reacción de ordenación es tan rápida que no puede evitarse ni aun retardarse por un enfriamiento rápido. Aleaciones no férreas ...

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Cu Y SUS ALEACIONES Algunas aplicaciones Aleación

%Zn

Aplicación

Latón dorado

5

Imitación de oro, joyería

Bronce comercial

10

Bisutería, embutidos, forjados, pequeña ferretería (tornillos, remaches ..)

Latón rojo (C23000)

15

Embutidos, entalla estampados, radiadores de automóviles, tubos,…

Latón bajo (C24000)

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Artículos estirados y estampados, tubos flexibles,…

Latón de Cartuchería ”7030” (C26000)

30

Mejor zona para embutición

Latón alto. Amarillo (C27000)

35

Alfileres, doblones, instrumentos musicales,

Metal Muntz (C28000)

40

Arquitectura, industria naviera…

Los latones con más de 50 % Zn son frágiles (aparece el microconstituyente γ), por lo que no se lo emplean en la industria. En los latones especiales se agregan elementos de aleación (pequeñas cantidades de Sn, Aleacioneslanoresistencia férreas ... Al, Fe, Mn, Ni, Si y/o Pb) para incrementar mecánica efecto sinérgico. 17

Latón α(Cu-30%Zn) Cu (Latón de Cartuchería)

Latón α+ β(Cu-40%Zn) (Metal Muntz)

Y SUS ALEACIONES

Latón α

Latón α+ β(Cu-40%Zn) (Metal Muntz)


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Cu Y SUS ALEACIONES Los bronces se dividen en dos grupos: Los monofásicos, formados por una única fase α (FCC) (Bronces α) Los de estructura compleja (α+δ), que se emplean para moldeo (aleaciones coladas), en la fabricación de cojinetes. Bronces de estructura compleja Bronces α Trabajables mecánicamente en caliente Trabajables mecánicamente en caliente Bonificables Trabajables mecánicamente en frío Algunas propiedades mecánicas (acritud) El temple y revenido de bronces con más de Algunas propiedades mecánicas 15.8 % Sn, tienen un incremento de dureza, Dependerán del contenido de Sn. A pero las aleaciones se hacen tan frágiles que mayor Sn, mayor dureza y resistencia pueden presentar microgrietas luego del mecánica. La mejora en la resistencia tratamiento. mecánica alcanza el máximo con 15 Por ello, estos bronces se emplean en %Sn. estado de moldeo, y en las aplicaciones De esta forma, los bronces de hasta industriales no suelen sobrepasar el 20 % 15.8 %Sn, pueden conducirse a un Sn. estado que les permita conformarse en Son de estructura compleja, y los chapas, bandas, alambres y redondos constituyentes ricos en Sn son duros y mediante un trabajo mecánico en frío frágiles, mientras que la matriz, solución sólida α rica en Cu, es blanda. Aleaciones no férreas ...

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Bronces al estaño:

Cu Y SUS ALEACIONES

Estas aleaciones son más resistentes que los latones y tienen gran resistencia a la corrosión. Se obtienen generalmente por fusión directa de ambos metales.

(1 a 11% Sn y además 0.01 a 0.5% P como desoxidador al fundir). A T ambiente presentan en general una sola fase α. La mayoría de las piezas fundidas con Sn mayor al 7% posee fase δ

Bronces: Sn, Si y Ni. Más resistentes que los latones y resistentes a la corrosión y son criogénicos, mejorando su comportamiento al disminuir la temperatura. Aleaciones no férreas ...

Diagrama de fase Cu-Sn.

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Cu Y SUS ALEACIONES

Usos:

< 8% Sn: laminas, alambre, monedas. Fácil trabajado en frío. 8 – 12% Sn: engranajes, partes de maquinas, cojinetes. 12 – 20% Sn: cojinetes y casquillos. 20 – 23% Sn: campanas. Es muy duro y frágil. Otros usos: fuelles, arandelas de sujeción, discos de embrague, resortes. Generalmente se añade Pb obteniendo Bronce al Sn de alto Pb (hasta 25% Pb). Se emplean para bujes y cojinetes. Bronces α

Bronces de estructura compleja


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CUPRONÍQUELES

Cu Y SUS ALEACIONES

Bronces de Ni: Aleaciones Cu-Ni con hasta un 30% de Ni. No son Susceptibles a tratamientos térmicos. Endurecimiento por trabajado en frío. Poseen alta resistencia a la corrosión por fatiga y a la erosión por movimiento de agua de mar. Empleo: tubos para condensadores, destilerías, evaporadores e intercambiadores de calor. Aleaciones Cu-25% Ni: cubren las caras de las monedas de 10 centavos de dólar.


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CUPRONÍQUELES

Cu Y SUS ALEACIONES

Cu y el Ni dan lugar a series continuas de soluciones sólidas α, ya que, además de ser elementos adyacentes en la tabla periódica, son electroquímicamente similares, tienen átomos de tamaño próximamente iguales en estado sólido y ambos son de estructura cúbica de caras centradas. Se obtiene como resultado una solución sólida sustitucional. Todas las composiciones son maleables tanto en caliente como en frío, obteniéndose aleaciones industriales en todo el campo de composiciones. CUPRONÍQUELES La adición de Ni al Cu aumenta su dureza, resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y disminuye el alargamiento. Aleaciones no férreas ...

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Aleación C72500 (Cu, 10% Ni, 2% Sn)


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Cu Y SUS ALEACIONES Cuproaluminios: Aleaciones Cu-Al (4-15% Al) Excelente resistencia a la corrosión. Resistencia a la oxidación en caliente, buena resistencia mecánica en caliente y muy buena a temperatura ambiente y a baja temperatura. Son criogénicas y también permiten trabajar a alta temperatura (hasta 400 °C), manteniendo propiedades. • Buenas características de fricción. Los cuproaluminios son aleaciones resistentes • Amagnetismo. a la oxidación, por formar una película de • Ausencia de chispas en el choque. óxido de aluminio en la superficie, • Soldabilidad excelente, incluso sobre acero. protegiéndolo de la oxidación tanto en estado • Aspecto atractivo sólido como en el líquido Cuproaluminios α Trabajables mecánicamente en caliente Trabajables mecánicamente en frío (acritud) Aleaciones forjadas En general Al<8%

Cuproaluminios de estructura compleja Trabajables mecánicamente en caliente Bonificables Aleaciones coladas En general 9% < Al <12%

Las aplicaciones de los cuproaluminios dependen de sus características. Se emplean en forja y en moldeo. En la industria naval Aleaciones no férreas ... están sustituyendo a los latones.25

Cu Y SUS ALEACIONES

Cuproaluminios: Aleaciones Cu-Al (4-15% Al) Los cuproaluminios(mal llamados bronces al aluminio) tienen de 4 a 11 % Al, con o sin elementos de aleación (Fe, Ni, Mn). Las aleaciones con más de 12 % Al son muy frágiles, con casi ninguna aplicación industrial (excepto aleaciones Al-Cu). α: ss, cúbica de caras centrada β: Cu3Al, cúbica de cuerpo centrado. χ: Cu9Al4, cúbica compleja. γ1: Cu9Al4, γ2: Cu9Al4, Qué se destaca del diagrama de fases: 1) Elevado punto de fusión de las aleaciones Cu-Al. 2) Estrecho intervalo de solidificación (segregación). 3) Variación de los límites de solubilidad αy α+ βal disminuir la temperatura. 4) Transformación eutectoideβα+ γ2a 565ºC Cada uno de estos factores influyen de una etapa a otra en el proceso de fabricación


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Cu Y SUS ALEACIONES Las principales aplicaciones de los cuproaluminios, son: en construcción naval para cuerpos de bombas, ejes de bombas, hélices, cadenas y accesorios diversos. Se construyen engranajes y tornillos sin fin sometido a grandes cargas, a choques, abrasión y con engrase insuficiente. También se emplea en una gran gama de aplicaciones decorativas como medallas y monedas, placas, estatuas, rejas, pasamanos de escaleras, accesorios para chimenea, ceniceros, bisutería de fantasías, etc.


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Cu Y SUS ALEACIONES Bronces al silicio: Son aleaciones Monofásicas. Son las más fuertes de las endurecidas por trabajado. Propiedades mecánicas similares a los aceros de medio C. Resistencia a la corrosión similar a la del Cu. Buena resistencia a la corrosión por ácidos orgánicos y agua de mar.

Usos: tanques, recipientes a presión, construcciones marinas, bombas, conductos hidráulicos sujetos a presión.


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Cu Y SUS ALEACIONES Cobres al Be: Cuproberilios Los cobres al berilo constituyen una generación reciente de aleaciones de cobre de alta resistencia. Se moldean y se trabajan en caliente y enfrío En los cuproberilios, la adición berilio (material ultraligero, 1.848 g/cm3) entre un 0.4 y un 2 % (la más típica) y tratamientos térmicos de solución y maduración posterior (tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación). Existe la posibilidad de incorporar una etapa intermedia de acritud). Se añade Co para mejorar el tratamiento térmico. Son las aleaciones de cobre más resistentes, con resistencias a tracción de hasta 1400 MPa, comparables a los aceros de alta resistencia. Además, tienen un bajo módulo elástico. Poseen excelentes propiedades eléctricas y resistencias a la corrosión y al desgaste en presencia de lubricantes Aplicaciones típicas son: cojinetes para turbinas de turborreactores, muelles de precisión, instrumentos quirúrgicos y dentales, matrices de embutición y moldeo, electrodos de soldadura, .. . El principal inconveniente es su alto precio.

Alpaca: Aleaciones Cu-Ni-Zn. Resistente a la corrosión y buenas propiedades mecánicas. Material telecomunicaciones, instrumentos y accesorios de fontanería y electricidad. Aleaciones no férreas ...

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Cu Y SUS ALEACIONES


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Al Y SUS ALEACIONES La denominación «metales ligeros» se ha aplicado tradicionalmente al aluminio y al magnesio Comparación de diversas propiedades de los principales metales ligeros con por emplearse para reducir el las del hierro peso de diferentes componentes y estructuras. Del mismo modo, el titanio y el berilio han de incluirse en esta clasificación. Estos metales poseen densidades entre los 1.7 g/cm3del magnesio y los 4.5 g/cm3del titanio, frente a la densidad de 7.9 g/cm3del hierro o los 8.9 g/cm3del cobre. Esa reducción de peso se traduce en elevadas relaciones resistencia/peso y alta rigidez específica. En la Tabla se presenta una comparación de las propiedades de los Aleaciones no férreas ...

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Al Y SUS ALEACIONES Es el metal más abundante en la corteza terrestre , y entre sus características se pueden destacar: Baja densidad (2,7 g/cm3, en comparación con el Acero: 7,9 g/cm3) El coeficiente de dilatación es muy alto, y puede disminuirse con la ayuda de aleantes (Si, Ni, Fe). Alta reflectividad de la luz y el calor Elevada conductividad eléctrica y térmica Baja dureza y resistencia Resistencia a la corrosión en algunos medios Alta ductilidad, fácil hechurado Al (FCC) dúctil a T ambiente Baja temperatura de fusión (660 ºC), que restringe su campo de aplicación

Bajo módulo elástico (E = 7000kg/mm2 = 1/3 aceros). El Li es el elemento más efectivo para aumentar la rigidez. Baja resistencia a la fatiga Baja resistencia a elevadas temperaturas Baja resistencia al desgaste (baja dureza). La resistencia y la dureza del aluminio puro se pueden aumentar por acritud, solución sólida y precipitación. Estos procesos disminuyen la resistencia a la corrosión. Aleaciones no férreas ... 32 Es no magnético

Al Y SUS ALEACIONES


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Al Y SUS ALEACIONES

Aleaciones forjadas

Clasificación según Aluminium Association

AA X XXX XX

Aleaciones forjadas

AA X XX X . XX Rango de composición 0: fundido 1: lingote estándar química 2: otros lingotes

F: Tal como se fabricó, ningún límite en propiedades mecánicas O: recocida y recristalizada endurecimiento con mínima resistencia y máxima ductilidad Endurecimiento por deformación H: endurecimiento por deformación (trabajo en frio) H1: sólo endurecido por deformación, el segundo dígito indica el grado de endurecimiento, H12: (1/4 de endurecimiento) H18: (75% de endurecimiento de área) H2: endurecimiento por deformación recocido y recocido parcial (H22, H24, H26, H28 H3: endurecimiento por deformación y estabilizado. Se aplica a aleaciones de Al-Mg que disminuyeron sus propiedades por envejecimiento y endurecidas por deformación (H32, H34, H36, H38)

Tratamientos térmicos Aleante principal 1) Al >99 % 2) Cu 3) Mn 4) Si 5) Mg 6) Mg y Si 7) Zn 8) Otros (Li) 9) No usado

Punto: indica que la aleación es fundida

T: tratadas térmicamente (endurecidas por envejecimiento) T1: envejecimiento natural T3: Tratamiento térmico por solución, trabajo en frio y envejecimiento natural hasta un estado estable T4: Tratamiento térmico por solución y envejecimiento hasta un estado estable T5: Enfriamiento desde el proceso de conformado a altas temperaturas y después envejecimiento artificial T6: Tratamiento térmico por solución y envejecimiento artificial T7: Tratamiento térmico por solución y estabilizado T8: Tratamiento térmico por solución, trabajado en frio y envejecimiento artificial Aleaciones no férreas ... 34

Al Y SUS ALEACIONES

Aleaciones no tratables térmicamente (Mecanismos de endurecimiento para las aleaciones no termotratables): * Endurecimiento por deformación plástica en frío * Endurecimiento por solución sólida Las aleaciones de aluminio no tratables térmicamente endurecen fundamentalmente por acritud. En las aleaciones Al-Mn (serie 3000), la adición de un 1-1.5 % Mn al Al mejora la resistencia mecánica, manteniendo un excelente comportamiento a corrosión y una alta ductilidad, favorecida por la precipitación de dispersoides ricos en Mn, que proporcionan además un endurecimiento adicional. Este tipo de aleaciones son de gran importancia económica. Su principal aplicación es para latas de bebida por su poco peso y ser fácilmente reciclables.

Las aleaciones Al-Mg (serie 5000) tienen escasa respuesta ante tratamientos térmicos, a pesar de la gran variación de solubilidad del magnesio en aluminio con la temperatura (Diagrama de fases de la figura), por formarse precipitados poco endurecedores. El magnesio endurece por solución sólida y mejora el comportamiento a corrosión, sobre todo en ambientes marinos. No se usan aleaciones con un % de magnesio superior al 5.5 % en peso. Estas aleaciones se emplean mayoritariamente en la industria química, Aleaciones no férreas ...aplicaciones marinas y criogénicas.35

Aleaciones de aluminio tratables térmicamente Las aleaciones de aluminio tratables térmicamente proporcionan las mayores prestaciones alcanzables con este material. Las aleaciones Al-Cu también se denominan duraluminios (Diagrama de fases en la Figura). Normalmente se añaden Mg y Si para elevar la resistencia. En estas aleaciones la maduración natural es muy lenta. El cobre forma precipitados endurecedores (si bien deteriora el comportamiento a corrosión) y el magnesio participa en la formación de precipitados y acelera el proceso de descomposición de la solución sólida. El silicio contribuye a la formación de precipitados, pero caso de formar fases intermetálicas deteriora la tenacidad (como el hierro). El manganeso forma dispersoides. El níquel mejora el comportamiento mecánico a temperatura elevada, y el Ti, Zr y V son afinantes de grano. Estas aleaciones se emplean en la industria aeronáutica bien en remaches, bien en elementos estructurales (como el extradós del ala). Son importantes las aleaciones 2014, 2024 y 2618. Aleaciones no férreas ...

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Algunas aplicaciones Conductores de líneas aéreas de alta tensión Pueden ser: Autoportanteso con un núcleo de alambres de acero. Por ejemplo: AA6101 T65 PROCESO DE FABRICACIÓN· . Fusión, colada continua, laminación termomecánica· . Trefilación · Envejecimiento · Cableado

Autoportante

Con núcleo de aceroAleaciones no férreas ...

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Algunas aplicaciones Espuma de Aluminio


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Algunas aplicaciones

Llantas


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Algunas aplicaciones Aluminio “Honeycomb”

Material: AA3003 o AA5052


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ALEACIONES LIGERAS: MAGNESIO Tercer metal más abundante en la corteza terrestre (tras el Al y el Fe) Densidad: 1,7 g/cm3, la menor de los metales estructurales, ⇓ peso. Estructura HC: Blanda, módulo elástico E = 45x103 MPa. También se deforman con dificultad. Conformación por moldeo o hechurado: 200 – 350 ºC Químicamente inestables. Susceptibles a la corrosión marina. ALEACIONES: Al, Zn, Mn, algunas tierras raras. Aplicaciones en automoción por ahorro de peso y menor consumo. Elementos de aleación: Al: ⇑ resistencia y permite el endurecimiento por precipitación. Mn: ⇑ tensión de fluencia. Zn: Mejora la resistencia a T ambiente. Th: ⇑ resistencia hasta una T de 370°C. Endurecimiento por solución sólida: Al, Zn. Endurecimiento por precipitación. Trabajado en frío y en caliente (a mayores T se activan mas sistemas de deslizamiento). Tratamientos superficiales para prevenir la corrosión. Soldadura: por resistencia, adhesivos, etc. Aleaciones no férreas ...

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ALEACIONES LIGERAS: MAGNESIO

Aplicaciones

Si los objetos de hierro y acero son de gran tamaño, (barcos, tanques de depósitos enterrados bajo tierra, tuberías etc.) se pueden proteger contra la corrosión conectándolos a un metal más activo. Este procedimiento es conocido como PROTECCIÓN CATÓDICA, en este caso el cátodo es la tubería y el metal que actúa como ánodo (Mg, Zn, Ti) se va consumiendo gradualmente, de ahí que, se denomine ánodo de sacrificio y hay que reemplazarlo periódicamente.


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ALEACIONES LIGERAS: TITANIO El Ti es el cuarto elemento más abundante pero su proceso de obtenerlo aun es relativamente costoso Principales características del Ti Densidad (4.5 g/cm3 comparada con 7.9 g/cm3del acero) Temperatura de fusión elevada(1668 ºC) Módulo elástico (E = 107x103MPa). Crystalstructure HCP (<882.5 ºC) BCC (>882.5 ºC) Transformación alotrópica β ⇒ α 882.5 ºC Mecanizado por arranque de viruta similar al acero inoxidable. Permite fresado químico. Maleable, permite la producción de láminas muy delgadas. Dúctil, permite la fabricación de alambre delgado. Duro. Escala de Mohs 6. Muy resistente a la tracción. Gran tenacidad. Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo. Material soldable. Permite varias clases de tratamientos tanto termoquímicos como superficiales. Mantiene una alta memoria de su forma. Es muy reactivo con otros elementos a elevada temperatura Buena resistencia a la corrosión: ambiente atmosférico, marino y variedad de industrias. Una película de TiO2 proporciona por debajo de los 535°C excelente resistencia a la corrosión y a la contaminación. Por arriba de esa temperatura la película de TiO2 se desintegra y fragiliza al titanio. El titanio puro se utiliza en intercambiadores de calor, Aleaciones no tuberías, férreas ... reactores, bombas y válvulas para las 43 industrias químicas y petroquímicas


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Different crystal structures and properties → allow manipulation of heat treatments to produce different types of alloy microstructures to suit the required mechanical properties.


Forged compressor disc made From neat alloy IMI 685 45

Metales refractarios Metales con T fusión extremadamente elevadas (Nb 2468-3410 ºC W). Nb (Niobio), Mo, W, Ta (Tántalo). Enlaces interatómicos muy fuertes. Alto E, dureza y resistencia a T ambiente y elevada. Ta y Mo: aumentar R a la corrosión. Ta inmune al ataque químico.

Superaleaciones

Muy buena combinación de propiedades. Componente principal: Co,Ni o Fe Elementos adicionales: Nb, Mo, W, Ta (refractarios), Cr y Ti. Componentes de turbinas especiales (medios oxidantes, elevada T). Reactores nucleares y equipos petroquímicos Aleaciones no férreas ...

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Metales nobles 8 elementos con características físicas comunes. Ag, Au, Pt, Pd, Rh (Radón), Ru (Rutenio), Ir, Os. Usados extensamente en joyería. La resistencia de Ag y Au aumenta aleándolos con Cu. Materiales de reparación dental. Contactos eléctricos de circuitos de Au. Pt se utiliza en equipos de laboratorio, catalizador en la fabricación de gasolina, y construcción de termopares para medir temperaturas elevadas


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Otras aleaciones no férreas Ni: aceros inoxidables y superaleaciones. Resistentes a la corrosión. Recubrimientos de otros metales. Monel: 65%Ni y 28%Cu(resto es Fe). Monel400 MonelK500 MonelR-405 Gran resistencia mecánica y elevada a la corrosión Fabricación de bombas, válvulas y otros componentes expuestos a disoluciones ácidas o petróleo. Composición química Aleación

C*

Mn*

S

Si*

Ni

Cu

Fe*

Monel 400

0.30

2,0

0,024*

0,5

63,0 mín

28,0-34,0

2,5

Monel K-500

0,25

1,5

0,01*

0,5

63,0-70,0

Monel R-405

0,3

2,0

0,025-0,06

0,5

63

* Máx.


2 28,0-34,0

Al

Ti

2,3-3,15

0,35-0,85

2,5 48

Otras aleaciones no férreas Pb, Sn y aleaciones: materiales de ingeniería. Mecánicamente blandos, baja T fusión, resistentes a la corrosión ambiental y T de recristalización inferior a T ambiente. Pb: Soldaduras, acumuladores, recubrimientos, etc. Sn: hojalata (latas estañadas) Acero galvanizado: (lámina de acero al C con una delgada capa de Zn) láminas, vallas, puertas, tornillos, etc. Zn: candados, partes automóvil, equipos de oficina, etc. Superaleaciones. Son aleaciones de Níquel, Fierro-Níquel y Cobalto. La HastelloyD (Ni-10%Si-3%Cu) es una aleación de fundición fuerte, tenaz, extremadamente dura y tiene una excelente resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico La HastelloyA (57%Ni-20%Mo-20%Fe) y la HastelloyB (62%Ni-28%Mo-5%Fe). Se utiliza en la industria química para manejar, transportar y almacenar ácidos y otros materiales corrosivos La ChromelA (Ni-20%Cr) se utiliza como elemento eléctrico de calefacción para aparatos caseros y hornos industriales Nichrome(Ni-16%Cr-24%Fe) se emplea como elemento eléctrico de calefacción para tostadoras, cafeteras … El Inconel(Ni-16%Cr-8%Fe) Se utiliza en escape y calentadores de motores de avión, en Aleaciones no férreas ... 49 hornos

Aleaciones ferrosas Las principales son los aceros Los aceros se procesan bien de las refinerías de minerales ferrosos o bien de chatarra: ¿Por qué es tan empleado el acero? 1. En la naturaleza la presencia de compuestos de base ferrosa es muy numerosa 2. Los procesos de obtención de los aceros no son costosos 3. Las propiedades de los aceros son muy sensibles a los tratamientos y por lo tanto “dan mucho juego” La parte más negativa de las aleaciones de base ferrosa es la sensibilidad a la corrosión.


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Aleaciones ferrosas Aceros La diferencia entre los aceros y las fundiciones radica en el 2,11% de carbono. A partir de ese %, la reacción eutéctica es posible. Al combinar los tratamientos térmicos con la composición, los aceros posibles son innumerables. A ISI (American Iron and Steel Institute) 4/5 números Los dos primeros números hacen referencia a los aleantes y los dos o tres últimos al porcentaje de carbono En los aceros al carbono (de bajo, medio o alto carbono) los aleantes se encuentran en porcentajes residuales (impurezas) En los aceros aleados, los aleantes se introducen expresamente


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Aceros

Aleaciones ferrosas


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Aleaciones ferrosas Aceros de bajo carbono • Son la mayoría de los aceros • % C < 0.25 %C • No son endurecibles por temple • Se endurecen por deformación en frío • Compuestos por ferrita y perlita • Son blandos, pero dúctiles y tenaces (σy=275 MPa, σmax=415-550 MPa, % EL=25%) • Soldables y mecanizables • Baratos Aceros de baja aleación y alta resistencia (microaleados), HSLA. • En estos aceros, de bajo carbono, aparecen aleantes en muy bajos % (V, Ni, Mo y Cu, 10% total) • σy se eleva hasta 550 MPa • Se endurecen por precipitación • Mejoran frente a la corrosión Aleaciones no férreas ...

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Aleaciones ferrosas Aceros de medio carbono •0,25 %C < % C < 0,60 %C • El endurecimiento se realiza por austenización, temple y revenido (martensita revenida) • Baja templabilidad Elevadas velocidades y pequeñas piezas • Los aleantes tipo Cr, Ni y Mo mejoran la templabilidad • Mayor resistencia y menor ductilidad y tenacidad que los de bajo carbono • Ruedas y railes de trenes, engranajes...

Aceros de alto carbono •0,60 %C < % C < 1,4 %C • Duros y frágiles • Templados y revenidos • Suelen llevar Cr, Mo, V… formando carburos • herramientas, sierras, cuchillería…


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Aleaciones ferrosas Aceros inoxidables • Son de bajo carbono con alto % de cromo (>11 %Cr) • Muy buenas propiedades además de la resistencia a la corrosión • Se mejora todavía más con Ni o Mo • Al ser % elevados de aleantes, el diagrama de fases es muy distinto • Según la microestructura serán: • Martensíticos, templados y revenidos. Magnetismo. • Ferríticos. Recocidos. Magnetismo (Cr) • Austeníticos . Estable a temperatura ambiente, recocidos (Ni) • Campos de aplicación muy amplios • Resistencias a corrosión a elevadas temperaturas • Turbinas, generadores de vapor, …


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Aleaciones ferrosas


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Aleaciones ferrosas Fundiciones • 3-4,5 %C • Presentan reacción eutéctica en el enfriamiento • En las fundiciones la cementita no estable  ferrita y grafito • Diferentes tipos en función de la composición y los tratamientos


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Aleaciones ferrosas Fundición gris - La superficie de fractura es de color gris -C: 2,5 – 4,0 % y Si: 1,0 – 3,0 % - Se generan escamas de grafito en la matriz de ferrita o perlita (según el tratamiento térmico) - Son frágiles y no resisten a tracción. Mejores a compresión - Buenos como amortiguadores, bancadas de maquinaria - Buenos para fundición, con bajas contracciones y flujo fácil - Baratos Fundición dúctil o esferoidal - Al añadir Mg o Ce el grafito forma partículas en lugar de escamas - La matriz puede ser ferrita o perlita según el tratamiento - Más dúctiles y resistentes, más parecidos a los aceros Fundición blanca y fundición maleable -% C bajo y % Si < 1 %. Se enfrían rápidamente y la cementita no puede formar grafito. - La superficie de fractura es blanca - Frágil y dura, con mucha cementita - La fundición maleable se obtiene por tratamiento térmico de la fundición blanca, con matriz ferrítica o perlítica Aleaciones no férreas ...

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Aleaciones ferrosas

3

1

2

3


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Aleaciones ferrosas

1. Fundición gris

2. Fundición dúctil


3. Fundición blanca

Fundición maleable

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TEMA9 Aleaciones No Ferreas

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