9788497566537

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José Antonio Puértolas Ráfales
Ricardo Ríos Jordana
Miguel Castro Corella
José Manuel Casals Bustos (eds.)
TECNOLOGÍA
DE
MATERIALES

© José Antonio Puértolas Ráfales
José Manuel Casals Bustos (eds.)
© EDITORIAL SÍNTESIS, S. A.
Vallehermoso, 34 - 28015 Madrid
Tel.: 91 593 20 98
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penales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir,
registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente,
por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio,
sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia
o por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito
de Editorial Síntesis, S. A.
Depósito Legal: M. 34.041-2009
ISBN: 978-84-975665-3-7
Impreso en España - Printed in Spain

Relación De aUTOReS
aUTOReS/eDiTOReS
José Antonio Puértolas Ráfales
Catedrático del Área de Ciencia de Materiales e Ingeniería Metalúrgica
Universidad de Zaragoza. Zaragoza
Profesor Titular del Área de Ciencia de Materiales e Ingeniería Metalúrgica
José Manuel Casals Bustos
Profesor Asociado del Área de Ciencia de Materiales e Ingeniería Metalúrgica
aUTOReS/cOlaBORaDOReS
Murali Annaredy
Director de Productos de Diseño
Molflow Corporation. EE UU
Luis Alberto Angurel Lambán
Miguel Artigas Álava

Antonio H. de Aza
Profesor de Investigación
Instituto de cerámica y vidrio (ICV-CSIC). Madrid
Manuel Caballero
Director de Investigación y Desarrollo
Ecrimesa. Santander
Javier Castany Valeri
Catedrático de Universidad y Director del Taller de Ingeniería de Inyección de Plásticos
T.I.I.P.-Universidad de Zaragoza. Zaragoza
Isabel Clavería
Profesora Titular del Área de Ingeniería Mecánica
Juan Cortiguera
Director Gerente
Ecrimesa. Santander
Jesús Cuartero Salafranca
Profesor Titular del Área de Ingeniería e Infraestructura de Transportes
Juan Carlos Díez Moñux
Jesús Fuentelsanz Gallego
Profesor Titular del Área de Ingeniería Mecánica
Luis Gracia Villa
Catedrático del Área de Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de Estructuras
Ramón Guridi Irizar
Director
Fundiciones Urbina. Villarreal de Álava. Álava
Angel Larrea Arbáizar
Investigador del Área de Materiales
Instituto Ciencia de Materiales de Aragón (CSIC-UZ). Zaragoza
Victor López
Investigador Titular
CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS (CENIM-CSIC). Madrid
José Manuel Marco Hernández
Director de Desarrollo
Ariño Duglass, S. A. Zaragoza
Antonio Miravete de Marco
Catedrático del Área de Ingeniería e Infraestructura de los Transportes.
6 Tecnología de materiales

José Ignacio Peña Torre
Ernesto Pérez Junquera
Director del Departamento de Metalurgia
Instituto Técnico de la Construcción-ITC Aragón. Utebo. Zaragoza
Antonio Romero
Director de Calidad
Mibasinter, S. A. Ripollet, Barcelona
Javier Rubín LLera
Juan Carlos Sánchez Catalán
Profesor
Escuela Universitaria Politécnica de La Almunia. Zaragoza
Rafael Villasana Cunchillos
Director de Calidad
IGC. Zaragoza
Anselmo Villellas Malo
Relación de autores 7

ÍnDice
Prólogo ................................................................................................................. 19
Bloque I: CONFORMADO DE MATERIALES METÁLICOS
Capítulo 1: Procesos de fundición. Aspectos básicos
J. M. Casals, R. Ríos, J. A. Puértolas, M. Castro
1.1. Introducción................................................................................ 23
1.2. Clasificación de los procesos de fundición ........................................ 23
1.3. Moldeos tradicionales representativos ............................................. 24
1.4. Tecnología de colada .................................................................... 31
1.5. El proceso de solidificación ............................................................ 33
1.6. Defectos en las piezas moldeadas .................................................. 36
Capítulo 2: Moldeos especiales
J. R. Guridi, J. M. Casals
2.1. Introducción................................................................................ 41
2.2. Procesos con molde permanente .................................................... 41
2.3. Moldeo en cáscara........................................................................ 45
2.4. Microfusión o moldeo a la cera perdida ........................................... 46
2.5. Moldeo con poliestireno expandido ................................................. 50
2.6. Métodos avanzados de moldeo....................................................... 51
Capítulo 3: Deformación plástica
R. Ríos, A. Villellas
3.1. Introducción................................................................................ 57
3.2. Conformado en caliente ................................................................ 58
3.3. Laminación controlada de aceros.................................................... 63

3.4. Forja controlada de aceros microaleados ......................................... 66
3.5. Conformado en frío ...................................................................... 67
3.6. Hidroconformado ......................................................................... 71
3.7. Conformado superplástico ............................................................. 72
Capítulo 4: Metalurgia de polvos
A. Romero, R. Ríos
4.1. Introducción................................................................................ 77
4.2. Polvos metálicos .......................................................................... 77
4.3. Aleación, mezcla y compactación de polvos ..................................... 82
4.4. Sinterización en fase sólida ........................................................... 86
4.5. Otras alternativas de la metalurgia de polvos................................... 90
4.6. Materiales y aplicaciones pulvimetalúrgicas ..................................... 92
Capítulo 5: Moldeo por inyección de polvos metálicos
M. Caballero, J. Cortiguera
5.1. Introducción................................................................................ 97
5.2. Proceso ...................................................................................... 97
5.3. Diseño de productos y aplicaciones................................................. 102
Capítulo 6: Simulación de procesos de conformación metálica
L. Gracia Villa, J. M. Franco
6.1. Introducción................................................................................ 109
6.2. Fundamentos y herramientas de simulación..................................... 109
6.3. Simulación del conformado de metales por deformación plástica ........ 111
6.4. Simulación en fusión y moldeo....................................................... 123
Bloque II: CONFORMADO DE MATERIALES NO METÁLICOS
Capítulo 7: Extrusión de polímeros
I. Clavería, J. A. Puértolas, J. Castany
7.1. Introducción................................................................................ 127
7.2. Elementos del proceso.................................................................. 128
7.3. Reología del proceso..................................................................... 134
7.4. Parámetros en el proceso de extrusión............................................ 137
7.5. Defectos en el producto final ......................................................... 138
7.6. Tendencias.................................................................................. 140

Capítulo 8: Moldeo por inyección de plásticos
J. Fuentelsanz, J. Castany
8.1. Introducción................................................................................ 143
8.2. Características y fases del proceso de inyección ............................... 144
8.3. Curvas PvT.................................................................................. 147
8.4. Defectos en el producto final ......................................................... 150
8.5. Variantes del proceso de inyección convencional............................... 154
Capítulo 9: Simulación numérica del moldeo por inyección
M. Annaredy, J. A. Puértolas
9.1. Introducción................................................................................ 163
9.2. Ventajas del CAE en el moldeo por inyección.................................... 163
9.3. Fundamentos .............................................................................. 164
9.4. Aplicaciones del CAE..................................................................... 166
9.5. Software de simulación de procesos ............................................... 168
9.6. Software aplicado en variantes del moldeo por inyección ................... 172
Capítulo 10: Soplado y otras técnicas de conformado de polímeros
J. A. Puértolas, M. Castro, R. Ríos, J. M. Casals
10.1. Introducción................................................................................ 177
10.2. Soplado ...................................................................................... 177
10.3. Calandrado ................................................................................. 187
10.4. Termoconformado ........................................................................ 188
10.5. Colada o fundición........................................................................ 190
10.6. Espumado................................................................................... 192
10.7. Moldeos específicos para termoestables .......................................... 195
10.8. Conformado de resinas termoplásticas ............................................ 197
Capítulo 11: Procesado de cerámicas
J. I. Peña
11.1. Introducción................................................................................ 199
11.2. Beneficiado ................................................................................. 200
11.3. Conformado ................................................................................ 202
11.4. Sinterización ............................................................................... 204
11.5. Caracterización del grado de sinterización ....................................... 211
11.6. Cerámica tradicional..................................................................... 213
Índice 11

Capítulo 12: Conformado del vidrio
J. M. Marco
12.1. Introducción................................................................................ 217
12.2. Materias primas y fusión ............................................................... 217
12.3. Procesos de conformado del vidrio.................................................. 218
12.4. Tratamientos ............................................................................... 222
12.5. Aplicaciones ................................................................................ 226
Capítulo 13: Procesado de fibras
13.1. Introducción................................................................................ 231
13.2. Procesado de fibras reforzantes ..................................................... 231
13.3. Procesado de fibras textiles ........................................................... 239
Capítulo 14: Conformado de materiales compuestos de matriz polimérica
J. C. Sánchez, J. Cuartero, A. Miravete
14.1. Introducción................................................................................ 247
14.2. Procesos en molde abierto ............................................................ 248
14.3. Procesos en molde cerrado............................................................ 256
14.4. Tendencias.................................................................................. 263
Bloque III: TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN ALEACIONES
Capítulo 15: Normalizado y recocidos
15.1. Introducción ............................................................................... 267
15.2. Normalizado................................................................................ 267
15.3. Recocidos .................................................................................. 269
Capítulo 16: Transformaciones martensíticas
R. Ríos, J. M. Casals, J. A. Puértolas, M. Castro
16.1. Introducción................................................................................ 277
16.2. Diagramas TTT y CCT .................................................................. 277
16.3. Temple de aceros y fundiciones. Templabilidad................................. 278
16.4. Revenido en aceros ...................................................................... 288
16.5. Temple y revenidos de los aceros rápidos ........................................ 290
16.6. Otras transformaciones martensíticas ............................................. 293

Capítulo 17: Tratamientos isotérmicos
17.1. Introducción................................................................................ 295
17.2. Austemperizado (Austempering) ................................................... 295
17.3. Martemperizado (Martempering) ................................................... 302
17.4. Recocido isotérmico ..................................................................... 304
17.5. Patentado .................................................................................. 304
Capítulo 18: Tratamientos de endurecimiento por precipitación
R. Ríos, C. Díez
18.1. Introducción ............................................................................... 307
18.2. Descripción del proceso de precipitación ......................................... 308
18.3. Características microestructurales ................................................. 308
18.4. Interacciones partícula-dislocación ................................................ 313
18.5. Aleaciones de aluminio ................................................................ 314
18.6. Aleaciones de níquel .................................................................... 316
18.7. Aleaciones de magnesio................................................................ 317
18.8. Otras aleaciones endurecibles por precipitación ............................... 318
Bloque IV: CARACTERIZACIÓN Y ENSAYOS
Capítulo 19: Normalización y certificación
19.1. Introducción................................................................................ 323
19.2. Normalización.............................................................................. 323
19.3. Certificación ................................................................................ 325
19.4. Infraestructura de la calidad y seguridad industrial ........................... 328
19.5. Normalización para la gestión de la calidad...................................... 329
19.6. Modelo europeo de la calidad (EFQM) ............................................. 332
19.7. Normalización y certificación en el campo de los materiales ............... 333
Capítulo 20: Microscopía óptica y electrónica
A. Larrea
20.1. Introducción................................................................................ 337
20.2. Microscopía óptica........................................................................ 338
20.3. Microscopía electrónica de barrido .................................................. 342
Índice 13

20.4. Microscopía electrónica de transmisión............................................ 347
20.5. Tendencias.................................................................................. 352
Capítulo 21: Caracterización de materiales por difracción
J. Rubín, A. Larrea
21.1. Introducción................................................................................ 355
21.2. Difracción en redes cristalinas........................................................ 356
21.3. Difracción de rayos X.................................................................... 359
21.4. Difracción de neutrones ................................................................ 368
21.5. Difracción de electrones................................................................ 372
21.6. Comparación de técnicas de difracción ............................................ 374
Capítulo 22: Ensayos mecánicos
E. Pérez, R. Ríos
22.1. Introducción................................................................................ 375
22.2. Ensayo de tracción ....................................................................... 375
22.3. Ensayos de compresión................................................................. 381
22.4. Ensayo de torsión ........................................................................ 382
22.5. Ensayo de dureza......................................................................... 383
22.6. Ensayos de tenacidad ................................................................... 384
22.7. Ensayos de fatiga......................................................................... 394
22.8. Ensayo de termofluencia ............................................................... 403
Capítulo 23: Ensayos físicos y químicos de materiales
L. A. Angurel, M. Castro
23.1. Introducción................................................................................ 407
23.2. Densidad y porosidad ................................................................... 407
23.3. Permeabilidad.............................................................................. 410
23.4. Ensayos reológicos....................................................................... 412
23.5. Ensayos térmicos ......................................................................... 414
23.6. Ensayos eléctricos, magnéticos y ópticos......................................... 420
23.7. Técnicas espectroscópicas ............................................................. 423
23.8. Ensayos de comportamiento en servicio .......................................... 426
Capítulo 24: Ensayos no destructivos
J. M. Casals, J. A. Puértolas, R. Ríos, M. Castro
24.1. Introducción ............................................................................... 429
24.2. Inspección visual ........................................................................ 430
24.3. Líquidos penetrantes .................................................................... 430

24.4. Partículas magnéticas .................................................................. 432
24.5. Corrientes de Eddy ...................................................................... 436
24.6. Ultrasonidos ............................................................................... 438
24.7. Emisión acústica ......................................................................... 442
24.8. Ensayos radiográficos y gammagráficos ......................................... 443
24.9. Holografía óptica ......................................................................... 446
24.10. Termografía infrarroja .................................................................. 447
Bloque V: TÉCNICAS DE UNIÓN DE MATERIALES
Capítulo 25: Uniones metalúrgicas
R. Ríos, J.M. Casals, J.A. Puértolas, M. Castro
25.1. Introducción ............................................................................... 451
25.2. La soldadura por fusión ................................................................ 452
25.3. Soldadura débil y soldadura fuerte ................................................. 468
25.4. Soldadura por resistencia.............................................................. 469
25.5. Soldadura aluminotérmica............................................................. 470
25.6. Unión por difusión........................................................................ 471
25.7. Soldadura por fricción................................................................... 472
25.8. Soldadura por explosión................................................................ 473
25.9. Soldadura por llama oxiacetilénica.................................................. 473
25.10. Soldadura por láser y haz de electrones .......................................... 474
Capítulo 26: Uniones en materiales no metálicos
J. A. Puértolas, M. Castro, R. Ríos, J.M. Casals
26.1. Introducción................................................................................ 477
26.2. Soldadura de polímeros ................................................................ 477
26.3. Uniones cerámica-metal................................................................ 483
Capítulo 27: Adhesivos
M. Artigas
27.1. Introducción................................................................................ 489
27.2. Mecanismos de la adhesión ........................................................... 490
27.3. El proceso de formación de una unión con adhesivos ........................ 491
27.4. Formulación y clasificación de los adhesivos .................................... 493
27.5. Aspectos industriales.................................................................... 495
27.6. Aplicaciones y tendencias.............................................................. 500
Índice 15

Bloque VI: CORROSIÓN Y DEGRADACIÓN DE MATERIALES
Capítulo 28: Oxidación en metales
R. Ríos, J. A. Puértolas, J. M. Casals, M. Castro
28.1. Introducción................................................................................ 505
28.2. Fuerza impulsora para la oxidación................................................. 506
28.3. Cinética de la oxidación ................................................................ 508
28.4. Otros procesos de degradación metálica.......................................... 514
28.5. Protección frente a la oxidación...................................................... 516
Capítulo 29: Corrosión electroquímica
R. Ríos, J. A. Puértolas, J. M. Casals, M. Castro
29.1. Introducción................................................................................ 519
29.2. Fuerza impulsora para la corrosión húmeda ..................................... 520
29.3. Tipos de corrosión........................................................................ 524
29.4. Cinética de la corrosión electroquímica............................................ 526
29.5. Otros tipos de corrosión en medios líquidos ..................................... 535
29.6. Protección frente a la corrosión...................................................... 538
Capítulo 30: Degradación de polímeros
30.1. Introducción................................................................................ 543
30.2. Envejecimiento físico .................................................................... 544
30.3. Oxidación ................................................................................... 546
30.4. Biodegradación............................................................................ 553
30.5. Polímeros biocompatibles erosionables............................................ 555
Capítulo 31: Corrosión y degradación de materiales cerámicos
A.de Aza
31.1. Introducción................................................................................ 559
31.2. Consideraciones generales ............................................................ 560
31.3. Consideraciones termodinámicas.................................................... 560
31.4. Aplicación de los diagramas de equilibrio de fases a los
problemas de degradación y corrosión ............................................ 567
31.5. Aspectos cinéticos........................................................................ 571
31.6. Aspectos adicionales: mecanismos de corrosión ............................... 573
31.7. Ensayos de corrosión.................................................................... 574

Bloque VII: COMPORTAMIENTO EN SERVICIO DE MATERIALES
Capítulo 32: Análisis de fallos
V. López, R. Ríos
32.1. Introducción................................................................................ 579
32.2. El proceso de análisis ................................................................... 580
32.3. Clasificación de los fallos en servicio ............................................... 583
32.4. Roturas bajo carga monótona creciente o estática ............................ 583
32.5. Roturas de fatiga ......................................................................... 586
32.6. Agrietamientos y rotura por corrosión o procesos que combinan
la corrosión y los esfuerzos mecánicos ............................................ 587
32.7. Grietas y roturas asociadas a ciclos térmicos ................................... 593
32.8. Grietas y roturas en componentes para trabajo a temperatura
elevada ...................................................................................... 594
Capítulo 33: Técnicas predictivas
R. Ríos, R. Villasana
33.1. Introducción................................................................................ 601
33.2. Tipos de mantenimiento................................................................ 602
33.3. Vida consumida y vida remanente. Extensión de vida........................ 604
33.4. Predicciones en condiciones de termofluencia .................................. 606
33.5. Predicciones en fatiga................................................................... 613
33.6. Control del desgaste..................................................................... 615
33.7. Control de la corrosión.................................................................. 616
Índice 17

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