introducción a los materiales

1. Propiedades de los Materiales
Carrera : Ingeniería Industrial
Unidad dos
Ing. A. Macías D.

2. Metales

4. METALES

6. Estructura
BCC FCC HCP

7. Estructuras
Redes cristalinas
Materiales puros Aleaciones

10. Polímeros
Termoestables Termoplásticos
Cadenas enredadas, Las cadenas están enlazadas de
pero no conectadas Manera compacta

11. Unión de los átomos a través de
enlaces.
Enlace metálico
Enlace iónico
Enlace van der Waals
Enlace covalente
Conducen a distintos arreglos atómicos.

13. Metales
Sólidos cristalinos

14. Tipos de metales
• FERROSOS
• HIERRO Y SU ALEACCIONES (ACEROS Y FUNDICIONES)
• NO FERROSOS
• COBRE Y SUS ALECCIONES.
• ALUMINIO Y SUS ALEACCIONES.
• ZINC, NIQUEL, CROMO,ETC. (METALES ALEANTES).
• PLATA, ORO, PLATINO,TITANIO, ETC. (METALES
PRECIOSOS).
• ENTRE OTROS.

15. Aleación Fe-C
Acero
Aleación cristalizada de Hierro en Carbono y otros elementos
Carbono
Dureza Resistencia

16. Aceros
C < 2 % en peso
Baja aleación Alta aleación
Bajo carbono Aceros
inoxidables
Medio Aceros
carbono herramienta
Alto carbono

18. Solidificación del agua
Formación de núcleos
Mecanismo de cristalización
Crecimiento del cristal

19. Proceso de solidificación

20. Crecimiento de los cristales.
Se inicia en los centros o
núcleos de cristalización en el
metal líquido
No puede ser uniforme a causa de los
diferentes factores de la composición del
metal, la velocidad de enfriamiento y las
interferencias que se producen entre ellos
mismos durante el proceso de crecimiento.

21. Cristalización

22. Nuevas fases

23. Fase Porción físicamente homogénea,
misma estructura o arreglo
atómico. Existe una interfaz entre
ésta y las que le rodean.

24. Fase: Forma única en que el material
existe.
Un diagrama de fase indica la estabilidad de las
distintas fases para un conjunto
de elementos.
Se puede predecir cómo se solidificará un material en
condiciones
de equilibrio

25. Diagrama de fases Hierro -Carbono
Tiene la finalidad de entender las
diferencias básicas entre las aleaciones de
hierro y el control de sus propiedades.
Proporciona la base científica para las
industrias del hierro y del acero

26. Diagrama Fe-Fe3C

27. Aceros de acuerdo al diagrama Fe-Fe3C
Contenido de Carbono
Aceros Hipoeutéctoides 0.022 - 0.77
Aceros Hipereutéctoides 0.77 – 2.11

28. Fases en el diagrama

29. Los aceros son aleaciones de Fe-C
Los aceros inoxidables resistentes a la corrosión a demás
del Fe, contienen
cantidades de Cr, Ni y algunos otros elementos.
Cuando se combinan diferentes elementos, se pueden formar
soluciones sólidas o líquidas.

30. Fases en el sistema Fe-Fe3C
• Fases sólidas α γ δ
• Fase α= Ferrita
• Fase γ= Austenita
• Fase δ= Delta
• Fase α + Fe3C= Perlita
• Fase γ+ Fe3C= Lediburita
• Fase Fe3C= Cementita

31. Propiedades de las fases:
Austenita (hierro-ɣ. duro) FCC
Ferrita (hierro-α. blando) BCC
Cementita (carburo de hierro. Fe3C)
Perlita (88% ferrita, 12% cementita)
Ledeburita (ferrita – cementita eutectica,
4.3% C)
Bainita
Martensita

32. Estructura de la cementita
Es una fase muy dura, se
destaca por ser un
constituyente frágil con
alargamiento nulo y muy poca
resiliencia. Su temperatura de
fusión es de 1227ºC. como la
cementita es muy dura y frágil
no es posible de utilizarla para
operaciones de laminado o forja
debido a su dificultad para
ajustarse a las concentraciones
de esfuerzos.

33. Microestructura de la perlita y cementita
La perlita es un constituyente compuesto por el
86,5% de ferrita y el 13,5% de cementita.
Como la fase mayoritaria es la ferrita, las
propiedades estarán más próximas a las de la
ferrita

34. Si se limitara a las estructuras en equilibrio y a
los aceros al carbono, no se podrían producir
una gran cantidad de herramientas críticas y
sus componentes.

35. Principales formas de las
aleaciones ferrosas
Hierro
forjado
Acero
Fundiciones
Hierro puro
Aleación Fe-C
Aleación Fe-C
>2.1%C 2.1 a 5.3%C

36. Aceros alta aleación
Aceros inoxidables
Aceros herramienta

37. Los aceros inoxidables son aleaciones
ferro-cromo con un mínimo de 11% de
cromo.
Elementos de aleación: cromo y níquel
Cromo: Elemento presente en todos los
aceros inoxidables por su papel en la
resistencia a la corrosión
Níquel mejora las propiedades mecánicas.

38. Aceros Inoxidables: Tipos y aplicaciones
Tipos de acero Aplicación
inoxidable
Austenítico Equipos para la industria:
(resistente a la Química, petroquímica,
corrosión) alimenticia, farmacéutica,
construcción y utensilios
domésticos.
Ferrítico Electrodomésticos (cocinas,
heladeras, etc.) mostradores
(resistente a la
frigoríficos, monedas e industria
corrosión, más automovilística
barato)
Martensítico Cuchillería , instrumentos quirúrgicos
(dureza elevada) como bisturí y pinzas . Cuchillos de
corte , discos de freno entre otros.

40. Las propiedades de los metales y en general de las
aleaciones están fuertemente influenciadas por los
arreglos atómicos y la microestructura de los
mismos.
Propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción
Es la resistencia que presenta
el material a romperse, es la
tensión máxima que un
material puede soportar,
mientras se estira.

41. Aceros Herramienta
Teóricamente incluyen los aceros que pueden
emplearse para la fabricación de herramientas.

42. En la práctica, la aplicación de este término
abarca a los aceros especiales de gran calidad
utilizados en la fabricación herramientas
destinados a trabajar los materiales por corte o
por presión.

43. Clasificación de los aceros herramientas.
En función del tratamiento térmico (temple) utilizado.
Temple de los aceros en agua, en
aceite y aceros de temple al aire.

44. El contenido en elementos de aleación
Se dividen en aceros de herramientas al
carbono, aceros de baja aleación y
aceros de aleación media.
En función de la aplicación
Se clasifican en aceros rápidos
y aceros para trabajos en frío.

45. Los aceros de herramientas más comúnmente
utilizados
Se han clasificados en grupos principales, y
dentro de ellos en subgrupos, todos los
cuales se identifican por una letra (W, S, O, A,
T, S, L, D, H, F, M)
La selección se base en otros factores,
tales como productividad prevista,
facilidad de fabricación y costo.

46. Tabla de los diferentes tipos de aceros herramienta
Aceros de temple en W
agua
Aceros para trabajo S
de choque
Aceros para trabajos O
en frío, aceros de
temple en aceite
Aceros de media A
aleación temple aire
Aceros altos en D
cromo y en carbono
Aceros para trabajos
en caliente H

47. Aceros rápidos T
Aceros al molibdeno, aceros M
al tungsteno.
Aceros para usos especiales , L
aceros de baja aleación
Aceros para usos especiales F
Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la
fabricación de elementos de máquinas, se emplean para la
fabricación de materiales útiles destinados a modificar la
forma, tamaño y dimensiones de diversos materiales por
arranque de viruta, cortadura, conformado, embutición,
extrusión, laminación y choque.

49. Tratamientos Térmicos

50. Tratamientos Térmicos
Son secuencias metalizada de
diferentes procedimientos del
"calentamiento" y del
"enfriamiento".
De esta forma se pueden
transformar las propiedades de los
aceros especiales.

51. Tratamientos térmicos
Un proceso en el cual una
herramienta o parte de una
herramienta se somete
intencionalmente a una secuencia
específica de tiempo - temperatura
El objetivo:
Es conferirle a la pieza
propiedades requeridas
para procesos de
transformación posteriores
o para su aplicación final

52. Un TT puede provocar
transformaciones de los
constituyentes estructurales
sin modificar la composición
química promedio del material.
Al final del TT los
componentes estructurales
pueden estar en equilibrio
(por ejemplo ferrita +
carburos después del
recocido) o no (por
ejemplo martensita
después del temple).

53. Cada proceso de tratamiento
térmico consiste de los
siguientes pasos individuales:
Precalentamiento
Calentamiento por debajo
de la temperatura máxima
seleccionada

54. Calentamiento
Elevar la temperatura de una
pieza
Mantenimiento
Consiste en mantener una
cierta temperatura sobre
toda la sección

55. Enfriamiento
Consiste en disminuir la
temperatura de una pieza.
Todo enfriamiento que
sucede más rápidamente
que aquel que se presenta
al aire quieto, es
denominado temple.

56. El tiempo de exposición, es el
período de tiempo transcurrido
entre la introducción de la pieza en
el horno y su retiro, comprende el
tiempo de calentamiento a fondo y
el tiempo de mantenimiento.

57. Según el tipo de proceso de tratamiento
térmico
Se distingue por ejemplo entre
hornos de
precalentamiento, hornos de
recocido y hornos de temple.
Otros factores para la clasificación son el
diseño del horno (P.ej. cámara, campana,
chimenea, tubular, de baño, crucible), el medio
de tratamiento
térmico (P.ej. aire circulante, gas inerte, vacío,
baño de sales, lecho fluidizado) y el tipo de
calentamiento

58. PROPIEDADES DE LOS
MATERIALES
PROPIEDADES MECÁNICAS:  PROPIEDADES
Modulo de Elasticidad FÍSICAS:
Límite Elástico ,
Resistencia a la Tensión
Térmica
Dureza Densidad
Tenacidad de Ópticas
Resistencia a la Fractura a la Fatiga Magnéticas
Resistencia a la cedencia Eléctricas
Soldabilidad
Maquinabilidad
PROPIEDADES SUPERFICIALES:
Conformabilidad
Resistencia a la Oxidación y
Corrosión
Resistencia a la Fricción,
Abrasión y desgaste

59. Propiedades Mecánicas
Son las que están relacionadas con el comportamiento del material cuando se
somete a esfuerzos.
 Dureza: Un material es duros o blando dependiendo de si otros
materiales puede rayarlo
 Tenacidad/Fragilidad: Un material es tenaz si aguanta los golpes
sin romperse. Un material es frágil si cuando le damos un golpe
se rompe.

60. PROPIEDADES MECÁNICAS
 Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico cuando, al
aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición
inicial. Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza
continua deformado
 Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica
cuando soporta esfuerzos sin romperse.

63. PROPIEDADES TECNOLÓGICAS
Son las que están relacionadas con el comportamiento
de los materiales durante la fabricación.
 Fusibilidad: Es la capacidad de los materiales de pasar
del estado sólido al líquido cuando son sometidos a una
temperatura determinada.
 Ductilidad: Es la capacidad de los materiales de
transformarse en hilos cuando se estiran.
 Maleabilidad: Es la capacidad de los materiales de
transformarse en láminas cuando se les comprime.

64. PROPIEDADES ECOLÓGICAS
• Son las que están relacionadas con la mayor o menor
nocividad del material para el medio ambiente.
 Toxicidad: Es el carácter nocivo de los materiales para el medio
ambiente o los seres vivos.
 Reciclabilidad: Es la capacidad de los materiales de ser
vueltos a fabricar.
 Biodegrabilidad: Es la capacidad de los materiales de, con el
paso del tiempo, descomponerse de forma natural en
sustancias más simples.

65. EJEMPLO: RECICLAJE DEL VIDRIO