DISEÑO

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
ESPE - EXTENSIÓN LATACUNGA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ASIGNATURA: DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINA
TEMA: ACEROS, HIERRO, METALES PULVERIZADOS, ALUMINIO
INTEGRANTES: RECALDE RENÉ
JOHN SÁNCHEZ
BYRON TOAPANTA
DAVID TAIPE
CARLOS CEPEDA
LISETH QUISHPE
LATACUNGA - ECUADOR
DOCENTE: Ing. Guido Torres

2. Objetivos:
• Describir y conocer los diferentes tipos de aceros para
herramientas así como sus usos típicos.
• Describir los hierros colados y varias clases de hierro
gris, hierro dúctil y hierro maleable.
• Describir los metales pulverizados, sus propiedades y
usos.
• Describir las aleaciones de aluminio y condiciones de
endurecimiento por la deformación y tratamiento
térmico.

3. ACEROS PARA HERRAMIENTAS
El término Acero para herramientas se refiere a un grupo de aceros
que se usan para fabricar herramientas de corte.
• Punzones
• Matrices
• Hojas cortantes
• Cinceles, etc.
La mayor parte de los aceros para herramientas se relacionan con los
usos del campo de la Ingeniería de manufactura pero también
pertenecen al diseño de máquinas.

4. Ejemplo de los tipos de aceros para herramientas
AISI: American Iron and Steel Institute
(Instituto americano del hierro y el acero)
Tipos
específicos
Ejemplos
Tipo general
Símbolo del
tipo
Principales
elementos de
aleación Num AISI Num UNS
Usos típicos (otras aleaciones
comunes)
Alta velocidad M Molibdeno M2 T11302 Aceros para herramientas con
uso general en herramentas de
corte y matrices para forja,
extrusión, doblez, estirado y
penetrado.
M10 T11310
M42 T11342
T Tugsteno T1 T12001 Semejantes a los usos de tipo M
(T2, T4, T5, T6, T8)

5. El sistema UNS es alfanumérico siendo el prefijo una letra que describe las
clases de aleaciones y los dígitos que incorporan los dígitos SAE y otras
características de las aleaciones.
UNS: Unified Numbering System
(Sistema unificado de numeración)

7. Los aceros para herramientas tienen una resistencia bastante
alta al choque, ventajoso en componentes de máquinas como:
• Piezas para embragues mecánicos.
• Trinquetes
• Cuchillas
• Guías para partes en movimiento
• Pinzas (Tipo S, L, F, W)
Para el diseño de máquinas las herramientas tendrán
la capacidad de mantener un borde agudo bajo
condiciones abrasivas.

8. USO:
Estructuras de máquina, los engranes grandes, soportes, piezas de
eslabonamiento y demás piezas importantes de máquinas
HIERRO COLADO
PROPIEDADES:
Los diversos tipos disponibles abarcan amplios márgenes de resistencia
ductilidad, facilidad de maquinado, resistencia al desgaste y costo. Estas
propiedades son atractivas para muchas aplicaciones.

9. CLASIFICACIÓN DEL HIERRO COLADO
Fuente: Diseño de elementos de máquinas, Robert Mott

10.  Se consigue en grados cuya resistencia a la tensión va de 20 000 a 60 000 psi (138 a
414 MPa).
 Su resistencia última a la compresión es mucho mayor, tres a cinco veces mayor que
la de tensión.
 Una desventaja del hierro gris es que es frágil y, en consecuencia, no se debe usar en
aplicaciones donde probablemente haya cargas de impacto.
 Pero tiene una excelente resistencia al desgaste, es relativamente fácil de maquinar,
tiene buena capacidad para amortiguar la vibración y se puede endurecer
superficialmente.
 Entre sus aplicaciones están los bloques de motores, engranes, piezas de frenos y
bases de máquinas.
 Los hierros grises se evalúan con la especificación A48-94 de ASTM, en clases 20,
25, 30, 40, 50 y 60, donde el número indica la resistencia indica a la tensión en
kips/pulg2 (ksi). Ejemplo, el hierro gris clase 40 tiene una resistencia mínima a la
tensión de 40 ksi o 40 O00 psi (276 MPa). Como es frágil, el hierro gris no tiene la
propiedad de resistencia de fluencia.
EL HIERRO GRIS

11.  Es un grupo de hierros colados térmicamente tratables, con resistencia de
moderada a alta, alto módulo de elasticidad (rigidez), buena
maquinabilidad y buena resistencia al desgaste.
 La designación de cinco dígitos indica aproximadamente la resistencia de
fluencia y la elongación porcentual esperada del material.
 Ejemplo, el grado 40010 tiene una resistencia de fluencia de 40 ksi (276
MPa) y una elongación del 10%.
 Con el tratamiento térmico, se obtienen mayores resistencias.
EL HIERRO MALEABLE

12.  Tienen mayores resistencias que los grises y, como indica el nombre, son más
dúctiles, sin embargo, su ductilidad es todavía mucho menor que la de los
aceros típicos.
 En las especificaciones ASTM A536-84 se maneja una designación del grado
mediante tres partes. El primer número indica la resistencia de tensión en ksi,
el segundo es la resistencia de fluencia en ksi y el tercero es la elongación
porcentual aproximada.
 Ejemplo, el grado 80-55-06 tiene una resistencia de tensión de 80 ksi (552
MPa), una resistencia de fluencia de 55 ksi (379 MPa) y una elongación de 6%
en 2.00 pulg.
 Las partes coladas con mayor resistencia como los cigüeñales y engranes, se
fabrican con hierro dúctil.
LOS HIERROS DÚCTILES

13.  (ADI, de austempered ductile iron) es un hierro dúctil aleado y tratado
térmicamente.
 La norma 897-90 de ASTM menciona cinco grados de ADI, cuya resistencia
a la tensión va de 125 ksi (850 MPa) a 230 ksi (1600 MPa).
 Las resistencias de fluencia van de 80 ksi (550 MPa) a 185 ksi (1300 MPa).
 La ductilidad disminuye al aumentar la resistencia y la dureza, y los valores
del porcentaje de elongación disminuyen en el intervalo aproximado de 10
a 1%.
 El ADI comienza como un hierro dúctil convencional con un control
cuidadoso de la composición y del proceso de colado, y se obtiene una
buena fundición íntegra y libre de huecos.
EL HIERRO DÚCTIL AUSTENPLADO O HIERRO DÚCTIL CON
TEMPLE AUTENTICO

14. Se agregan pequeñas cantidades de cobre, níquel y molibdeno para mejorar la
respuesta del metal al ciclo especial de tratamiento térmico, se calienta a la
temperatura de austenitización (1550 a 1750 °F u 843 a 954 °C), dependiendo de la
composición, se conserva a esta temperatura de una a tres horas, para que el material
se vuelva totalmente austenítico. Sigue un temple rápido en un medio de 460 a 750
°F (238 a 400 °C), y la fundición se conserva a esta temperatura de media a cuatro
horas. Es la parte del austemplado del ciclo donde todo el material se convierte en
una mezcla, en su mayor parte de austenita y ferrita o ausferríta. Es importante que
durante este ciclo no se formen ni perlita ni bainita. Después se deja enfriar la pieza
hasta la temperatura ambiente.
PROCESO
Fig. : Ciclo de tratamiento térmico para el hierro dúctil austemplado (ADI)
Fuente: Diseño de elementos de máquinas, Robert Mott

15. Tiene atractivas propiedades que
permiten su empleo en equipos de
transporte, maquinaria industrial y
otras aplicaciones donde el bajo costo,
buena maquinabilidad, gran
amortiguamiento de vibración buena
resistencia al desgaste y colado a la
forma neta aproximada, son
apreciables ventajas.
Como ejemplo están los engranes de
tren de impulsión, piezas de juntas de
velocidad constante y los
componentes de la suspensión.
APLICACIONES
Fig : Maquinaria Industrial
Fuente:www.tecnicaproductiva.com

16. La metalurgia de polvos es un
proceso de producción en
masa donde se emplean
polvos de un solo metal,
varios metales o una mezcla
de metales y no metales.
Proceso: Se compacta en matrices
a altas presiones que después se
calienta a una temperatura alta
(sinterizado) para fundir el polvo y
formar una masa uniforme
A veces se hace un segundo prensado,
para mejorar las propiedades o la
exactitud dimensional de la pieza.
Sirven para fabricar piezas o elementos mecánicos mediante
metalurgia de polvos
METALES PULVERIZADOS O EN POLVO

17. POLVOS
PROCESO
PROPIEDADES
Tamaño
Forma
Fabricación
Microestructura
Química
Manejo
Molde
Extrusión
Sinterizado
Forja
Compactación
Densidad
Ductilidad
Magnético
Dureza
Conductividad
Microestructura
Fig : Materiales Pulverizados
Fuente:www.dreamstime.com

18. Características de los
polvos
• Forma
• Finura, micras (36 - 850µm)
• Distribución
• Fluidez
• Propiedades químicas
• Compresibilidad
• Densidad
• Sinterización
Preparación de polvos
• Polvos de metales
• No metales
• Aleaciones (óxidos nitruros,
carburos)
• Hierro, cobre, aluminio, níquel,
titanio, cromo, aceros,
inoxidables, grafito, silicio, etc.
• Refractarios como el tungsteno,
tantalio y molibdeno.
• Combinaciones de metales y
cerámicos.

19. Obtención de los Polvos
Generalmente se realiza de metales puros, principalmente hierro, cobre,
estaño, aluminio, níquel y titanio, aleaciones como latones, bronces,
aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados.
Condensación de vapores metálicos. Aplicable
en metales que pueden hervir condensando el
vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y
zinc).

20. Atomización en estado líquido. El metal
fundido se vierte a través de un embudo
refractario en una cámara de
atomización, haciéndole pasar a través
de chorros de agua pulverizada
Pulverización mecánica. Útil en metales
frágiles. Se muele el metal o se lima y se
lleva a través de un gas, separándose el
metal del gas en una corriente turbulenta
dentro de un separador ciclónico.
Fig : Atomización en estado líquido
Fuente:cristianorlando-technician.blogspot.com
Fig : Centrifugación
Fuente:www.dirind.com

21. Métodos de producción de polvos
Fig : Métodos de producción de polvos
Fuente:www.cec.uchile.cl

22. Matriz y compactación de polvos
Fig : Matriz y comparación de polvos
Fuente:www.cec.uchile.cl

24. Proceso de sinterizado

26. Dosificación y mezcla
Generalmente, para obtener las características requeridas será
necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes.
Igualmente se puede añadir aditivos que actúen como lubricantes
durante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia
del compactado crudo.
La mayoría de los polvos metálicos tienden a reaccionar con el oxígeno
del ambiente generando así una flama en la mayoría de los casos,
además de otros como el magnesio que es explosivo, por lo que
deberán manejarse con precaución, y para contenerlos (los polvos) se
utilizan normalmente cuartos de ambientes controlados.

27. LAS PIEZAS QUE SE FABRICAN TÍPICAMENTE CON METALES EN
POLVO
• Engranes
• Levas
• Excéntricas
• Cojinetes impregnados con aceite,
• Filamentos de lámparas incandescentes
• Imanes permanentes
• Puntas de carburo cementado para herramientas
• Diversas partes de maquina con orificios o proyecciones de
forma especial
Ventajas de las piezas pulverizadas
 Eliminación de chatarra o material de
desperdicio
 Eliminación de operación de maquinado
 Bajo costo unitario cuando se producen en
masa
• Control exacto de la composición
Desventajas de las piezas pulverizadas
 Suelen ser frágiles.
 Alto costo de las matrices
 Propiedades físicas más pobres
 Limitaciones en el diseño
 Rango limitado de materiales que pueden
utilizarse

28. MPIF: Metal Poder Industries Federation (Federación de la Industria de Metales en Polvo)
Fuente: Penton Publish Co, Machine Desingn Magazine Materials, Manufacturing and Assembly Reference Volume. Vol 61. No. 3.
Designación Resistenciaalatraccion Resistenciaapuntocedente Ductibilidad Módulodeelasticidad Resistenciaalimpacto
MPFI Ksi MPa Ksi Mpa elongaciónen2pulgadas 10E6psi Gpa pie-lb
Hierro
F-0000-10 18 124 13 90 2.0 10.5 72 3.0
F-0000-15 25 172 18 124 5.0 16.0 110 9.5
Aceroalmediocarbón
F-0005-20 32 221 23 156 1.0 16.5 114 4.0
F-0005-50HT 60 414 57 393 0.5 16.5 114 3.0
Aceroalmediocarbonon2%deniquel
FN-0205-25 50 345 30 207 1.0 18.5 128 12.0
FN-0205-105HT 120 827 120 827 0.5 18.5 128 4.5

29. USO: APLICACIONES ESTRUCTURALES Y MECÁNICAS
ALUMINIO
PROPIEDADES:
• BAJO PESO
BUENA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
FACILIDAD RELATIVA DE FORMADO Y MAQUINADO
APARIENCIA AGRADABLES
DENSIDAD TERCERA PARTE DEL ACERO
𝜌 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 = 7850
𝑘𝑔
𝑚3
𝜌 𝑎𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = 2700
𝑘𝑔
𝑚3

30. DESIGNACIÓN ESTANDARIZADA POR LA
ASOSIACIÓN DEL ALUMINIO (AA)
Sistema de cuatro dígitos:
Primero: tipo de aleación
Segundo: si es distinto de cero, indica
modificaciones de otra aleación o límites
de las impurezas en la aleación.
Aluminio – cobre 2XXX

31. Fuente: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/Imagenes/Tabla13-8.jpg
Propiedades mecánicas y aplicaciones de algunas aleaciones
comerciales de aluminio.

32. GRUPO DE ALEACIONES DEL ALUMINIO
FUENTE: Robert L. Mott, P. E. ”Diseño de elementos de máquinas”, Cuarta edición
Familia de aluminio Designación
Aluminio puro, 99% mínimo 1xxx
Aluminio-Cobre 2xxx
Aluminio-Manganeso 3xxx
Aluminio-Silicio 4xxx
Aluminio-Magnesio 5xxx
Aluminio-Magnesio-Silicio 6xxx
Aluminio-Zinc 7xxx
Otros elementos, Al-Sn, etc. 8xxx

33. Designación Subdivisión Tratamiento
F Material tal como se ha fabricado. Sin control en el
endurecimiento por deformación.
O Recocida y recristalizada. Endurecimiento con mínima
resistencia y máxima ductilidad.
H Endurecimiento por deformación, trabajada en frío.
H1
Endurecido solo por deformación. El grado de
endurecimiento se indica mediante un segundo dígito, H12,
hasta el endurecimiento total, H18, que proporciona
aproximadamente una reducción del 75%.
H2
Endurecido por deformación y recocido parcial. Igualmente
se indica con un segundo digito el nivel de trabajo en frio.
T Tratado térmicamente, endurecida por precipitación.
T4 Tratada por solución y envejecida naturalmente.
T5
Enfriada desde la temperatura de fabricación y envejecida
artificialmente.
T6 Tratada por solución y envejecida artificialmente.
T8
Tratada por solución, trabajada en frio y envejecida
artificialmente.
Designaciones del grado de endurecimiento de las aleaciones
de aluminio.
Fuente: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/Imagenes/Tabla13-10.jpg

34. Al
99%
• Resistencia a la corrosión, utilizada en la industria química,
alimentaria y criogénica.
• 1050 (AA) (0) suministrado recocido
Al - Mn
• Mejor resistencia mecánica, corrosión, soldabilidad.
• 3003 (AA) útiles de cocina
Al - Mg
• Máxima resistencia a la corrosión, soldabilidad.
• 5754 (AA) carrocerías de automóviles, vagones de ferrocarril,
buques, industria alimentaria

35. carrocerías de automóviles

36. Al-Cu
• Elevada resistencia mecánica, baja resistencia corrosión, poca
soldabilidad.
• 2024 (AA) fuselaje de aviones, chasis de vehículos pesados.
Al – Mg - Si
• Conformabilidad, soldabilidad, resistencia mecánica y corrosión.
• 6063 (AA) perfiles de puertas, ventanas, cierres metálicos
Al - Zn
• Mayor resistencia mecánica, corrosión y baja soldabilidad.
• 7049 (AA) Aviación, armamento y tornillería de alta resistencia

37. chasis de vehículos pesados

38. OTRAS ALEACIONES DE ALUMINIO COMUNES Y
SUS APLICACIONES
Tabla 2-7. Aleaciones de aluminio comunes y sus aplicaciones
Aleación Aplicaciones Formas
1060 Equipos químicos y tanques Lámina, placa, tubo
1350 Conductores eléctricos Lámina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, perfiles
2014 Estructuras de avión y armazones de vehículo Lámina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo,
perfiles, piezas forjadas
2024 Estructuras de avión, ruedas, piezas de máquinas Lámina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo,
perfiles, remaches
2219 Piezas sometidas a altas temperaturas (hasta 600
°F)
Lámina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo,
perfiles, piezas forjadas
3003 Equipo químico, tanques, utensilios de cocina,
piezas arquitectónicas
Lámina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo,
perfiles, remaches, piezas forjadas
5052 Tubos hidráulicos, electrodomésticos, fabricaciones
con láminas
Lámina, placa, tubo, varilla, barra, alambre, tubo,
perfiles, remaches
6061 Estructuras, armazones y piezas de vehículos, usos
marinos
Todas la formas
6063 Muebles, herrajes arquitectónicos Tubo, perfiles extruidos
7001 Estructuras de alta resistencia Tubo, perfiles extruidos
7075 Estructuras de aviones y para trabajo pesado Todas la formas, excepto tubos

39. ENDURECIMIENTO POR
DEFORMACIÓN
(O endurecimiento por deformación en
frío o por trabajo)
Es el trabajo en frío, controlado, de la
aleación, donde con mayor trabajo
aumenta la dureza y resistencia, mientras
disminuye la ductilidad.

40. TEMPLES DISPONIBLES
COMUNES
F: (Como se fabricó). Es el material tal como sale
del proceso de fabricación.
O: (Recocido). Tratamiento térmico que produce el
estado mas suave y de menor resistencia.
H: (Endurecido por deformación). Un proceso de
trabajo en frio bajo condiciones controladas.
Mejora las propiedades para las aleaciones de los
grupos:
1xxx 3xxx 5xxx
(H12, H14, H16, H18) Indican resistencias cada
vez mayores.

41. T: (Con tratamiento térmico). Serie de procesos
controlados de calentamiento y enfriamiento.
Aplican: 2xxx 4xxx 6xxx 7xxx
T4: Productos mecánicos
T6: Estructurales

42. Aleación y tratamiento Resistencia a la tensión Resistencia de fluencia ductilidad (porcentaje de
elongación en 2 pulgadas)
Resistencia al corte Resistencia a la fatiga
(Ksi) (MPa) (Ksi) (MPa) (Ksi) (MPa) (Ksi) (MPa)
160-O 10 69 4 28 43 7 48 3 21
1060-H14 14 97 11 76 12 9 62 5 34
1060-H18 19 131 18 124 6 11 121 6 41
1350-O 12 83 4 28 28 8 55
1350-H14 16 110 14 97 10 69
1350-H19 27 186 24 165 15 103 7 48
2014-O 27 186 14 97 18 18 124 13 90
2014-T4 52 427 42 290 20 38 262 20 138
2014-T6 70 483 60 414 13 42 290 18 124
2024-O 27 186 11 76 22 18 124 13 90
2024-T4 68 469 47 324 19 41 283 20 138
2024-T361 72 496 57 393 12 42 290 18 124
2219-O 25 172 11 76 18
2219-T62 60 414 42 290 10 15 103
2219-T87 69 476 57 393 10 15 103
3033-O 16 110 6 41 40 11 121 7 48
3003-H14 22 152 21 145 16 14 97 9 62
3003-H18 29 200 27 186 10 16 110 10 69
5052-O 28 193 13 90 30 18 124 16 110
5052-H34 38 262 31 214 14 21 145 18 124
5052-H38 42 290 37 255 8 24 165 20 138
6061-O 18 124 8 55 30 12 83 9 62
6061-T4 35 241 21 145 25 24 165 14 97
6061-T6 45 310 40 276 17 30 207 14 97
6063-O 13 90 7 48 10 69 8 55
6063-T4 25 172 13 90 22
6063-T6 35 241 31 214 12 22 152 10 69
7001-O 37 255 22 152 14
7001-T6 98 676 91 627 9 22 152
7075-O 33 228 15 103 16 22 152
7075-T6 83 572 73 503 11 48 331 23 159

43. BIBLIOGRAFIA
[1] ROBERT L. MOTT, P.E (2006) Diseño de elementos de máuquina. Pearson,
México: SAE Internacional.
[2] “Aluminio”, [En línea]. Disponible en:
http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_4.html