 Subsector construcción: arena, grava para hormigones, caliza, sílice, yeso, baritina, arcillas para cementos, arcillas para cerámica, yeso para estuco, puzolana y rocas ornamentales, en tanto que la industria cerámica requiere arcillas plásticas, caolín, bentonita, feldespato, talco, pirofilita, boratos, pigmentos y otros.  Subsector químico: boratos, baritina, azufre, sales, diatomita, mica, fosfato, feldespato, sílice, caliza, yeso, caolín, bentonita, etc.  Subsector agroindustria: fertilizantes nitrogenados, fosfatados y potásicos, boratos, caliza, azufre, yeso, arcillas.  Subsector minero energético: arcillas refractarias, bentonita, baritina, azufre, boratos, sílice, caliza, etc.  Subsector medioambiente: caliza, bentonita, yeso, arcillas, etc.

1. Aleaciones
metálicas
Eric Dan Castellanos Desgarennes
Juan Carlos Ramírez Morales
Edgar Eugenio Ramirez Rascon
Luis Antonio Landa Gutierrez

2. Las propiedades y el comportamiento de los metales y sus aleaciones durante la
manufactura, así como su desempeño durante su vida útil, dependen de su
composición, estructura e historia de procesamiento y del tratamiento térmico al que se
han sometido. Los elementos de la aleación y los procesos de tratamiento térmico
influyen en gran medida en propiedades importantes (como la resistencia, dureza,
ductilidad, tenacidad y resistencia al desgaste).

3. ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES

4. ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES
Los metales puros tienen propiedades limitadas que se pueden mejorar y
modificar mediante aleación.
Una aleación está compuesta por dos o más elementos químicos de los cuales
al menos uno es un metal.
La mayoría de los metales utilizados en aplicaciones de ingeniería son algún
tipo de aleación, la cual consta de dos formas básicas: soluciones sólidas y
compuestos intermetálicos.

5. SOLUCIONES SÓLIDAS
Soluto: elemento menor que se agrega al solvente.
Solvente: elemento base.
Cuando la estructura cristalina particular del solvente se mantiene durante la
aleación, se le conoce como solución sólida.
Forman una sola fase sólida homogénea.

6. SOLUCIONES SÓLIDAS SUBSTITUCIONALES
Si el tamaño del átomo del soluto es similar al del átomo del solvente, puede
reemplazarlo y formar una solución sólida substitucional.
Se requieren dos condiciones:
1. Los dos metales deben tener estructuras cristalinas similares.
2. La diferencia de sus radios atómicos debe ser menor a 15%.
Si no se satisfacen estas condiciones, no se puede obtener una solución sólida
completa y la cantidad que se forme será limitada.

7. SOLUCIONES SÓLIDAS INTERSTICIALES
Si el tamaño del átomo de soluto es mucho menor que el del solvente, entonces
puede ocupar una posición intersticial y se forma la solución sólida intersticial.
Se requieren dos condiciones:
1. El átomo solvente debe tener más de una valencia.
2. El radio atómico del átomo de soluto debe ser menor que 59% del radio atómico
del átomo solvente.
Si no se satisfacen, puede producirse una solubilidad intersticial limitada o no ocurrir.

8. COMPUESTOS INTERMETÁLICOS

9. Son estructuras complejas que constan de dos metales en los que los átomos
de soluto están presentes en ciertas proporciones entre los átomos de los
solventes. Algunos compuestos tienen solubilidad sólida y el tipo de enlace
atómico puede variar de metálico a iónico. Son fuertes, duros y frágiles.
Debido a sus elevados puntos de fusión, su resistencia a temperaturas
elevadas, su buena resistencia a la oxidación y su relativa baja densidad, son
los materiales idóneos para motores avanzados de turbinas de gas. Ejemplo:
los aluminuros de titanio, de níquel y hierro.

10. SISTEMAS DE DOS FASES

11. Sistema de dos fases.
Los sistemas de solución sólida están limitados por una concentración máxima de átomos de
soluto en la red de átomos solventes.
La mayoría de las aleaciones consta de dos o más fases sólidas y se les puede considerar
mezclas mecánicas. A estos sistemas con dos fases sólidas se les llama sistemas de dos fases.
Una fase se define como una porción físicamente distinta y homogénea en un material,
cada fase es una parte homogénea de la masa total y tiene sus propias características y
propiedades.
La aleación con partículas finamente dispersas (partículas de la segunda fase) es un método
importante para reforzar las aleaciones y controlar sus propiedades. En las aleaciones de dos
fases, las partículas de la segunda fase obstaculizan el movimiento de las dislocaciones y,
por ello, incrementan la resistencia.

12. Esquema de un sistema de dos fases que consta de dos conjuntos de granos:
oscuros y claros. Los granos oscuros y claros tienen composiciones y
propiedades independientes.
En general, las aleaciones de dos fases son más fuertes y menos dúctiles que las
soluciones sólidas.

13. DIAGRAMA DE FASES

14. Los metales puros tienen puntos de fusión y solidificación claramente definidos
y esta última ocurre a una temperatura constante.
A diferencia de los metales puros, las aleaciones solidifican a lo largo de un
intervalo de temperaturas.
Un diagrama de fases, también llamado diagrama de equilibrio o
constitucional, muestra las relaciones entre la temperatura, la composición y
las fases presentes en un sistema de aleación particular en condiciones de
equilibrio.

18. EL SISTEMA HIERRO-CARBONO

19. Hierro comercialmente puro....0.008%
Aceros……………………………..2.11%
Hierros fundidos………………….6.67%
Diagramas de fases
HIERRO-CARBURO DE HIERRO
Al enfriarse:
Ferrita delta Austenita Ferrita alfa

20. FERRITA
● Es una solución sólida de hierro cúbico centrado en el cuerpo.
● Tiene una máxima solubilidad sólida de 0.022% de C a una temperatura de 727 °C (1341 °F).
● La ferrita es relativamente suave y dúctil.
● Es magnética desde la temperatura ambiente hasta 768 °C (la temperatura de Curie).
● La cantidad de carbono puede afectar de modo significativo las propiedades mecánicas
de la ferrita.

21. AUSTENITA
● El hierro sufre una transformación polimórfica de la estructura bcc a una estructura fcc para
convertirse en hierro gama o (más comúnmente) austenita (bautizada así en honor de W. R.
Austen, 1843-1902).
● Ésta tiene una solubilidad sólida de hasta 2.11% de C a 1148 °C (2098 °F).
● Es más densa que la ferrita.
● Es dúctil a temperaturas elevadas.
● En la forma austenítica, el acero no es magnético.

22. CEMENTITA
● Es 100% de carburo de hierro (Fe3C) y tiene un contenido de carbono de 6.67%.
● La cementita (del latín caementum, que significa “astilla de piedra”), también se llama
carburo.
● La cementita es un compuesto intermetálico muy duro y frágil que tiene una influencia
significativa en las propiedades de los aceros.
● Puede incluir otros elementos de aleación, como cromo, molibdeno y manganeso.

23. DIAGRAMAS DE FASE HIERRO-CARBURO DE HIERRO
&
EL DESARROLLO DE
MICROESTRUCTURAS EN LOS ACEROS

24. La región del diagrama de fase
hierro-carburo de hierro que se
encuentra arriba de 2.11% de C, lo
cual es importante para los aceros.
Reacción eutectoide. Este término
significa que, a cierta temperatura,
una fase sólida única (austenita) se
transforma en otras dos fases sólidas
(ferrita y cementita).

25. A la estructura del acero eutectoide se le llama perlita.
La microestructura de la perlita consta de capas alternas (laminillas) de ferrita
y cementita.
En consecuencia, sus propiedades mecánicas son intermedias entre la ferrita y
cementita.
PERLITA

26. HIERROS FUNDIDOS

27. Familia de aleaciones ferrosas compuestas por hierro, carbono (2.11% a
casi 4.5%) y silicio (casi hasta 3.5%).
También se pueden clasificar por su estructura en ferríticos, perlíticos, templados,
revenidos o bainitizados.
Hierro fundido gris, o
hierro gris.
Hierro fundido dúctil,
nodular o de grafito
esferoidal.
Hierro fundido blanco Hierro fundido
maleable

28. ● Forma de hojuelas.
● Ductilidad despreciable y baja resistencia a la
tensión (aunque alta resistencia a la
compresión).
● Capacidad de amortiguar vibraciones y, en
consecuencia, para disipar energía.
● Comúnmente utilizado en la construcción de
bases para máquinas herramienta y
estructuras para maquinaria.
HIERRO FUNDIDO GRIS

29. ● Dúctil.
● Resistente al impacto.
● Forma de nódulos (esferas) mediante
pequeñas adiciones de magnesio y/o cerio.
● Se puede volver ferrítico o perlítico mediante
tratamiento térmico.
HIERRO DÚCTIL (NODULAR)

30. ● Estructura muy dura.
● Resistente al desgaste.
● Frágil (debido a grandes cantidades de Fe3C
en lugar de grafito).
● Apariencia cristalina blanca de la superficie
de fractura.
HIERRO FUNDIDO BLANCO

31. HIERRO FUNDIDO MALEABLE
● Se obtiene recociendo hierro fundido blanco
en una atmósfera de monóxido de carbono y
bióxido de carbono, entre 800°C y 900°C.
● Estructura dúctil.
● Resistencia al impacto.

32. TRATAMIENTO TÉRMICO DE
ALEACIONES FERROSAS

33. Las diferentes microestructuras se pueden modificar mediante técnicas de
tratamiento térmico.
Calentamiento y enfriamiento controlado a diferentes velocidades.
Influyen en gran medida en propiedades mecánicas como la resistencia,
dureza, ductilidad, tenacidad y resistencia al desgaste de las aleaciones.
Recuperación Recristalización Crecimiento de grano

35. TEMPLABILIDAD DE LAS
ALEACIONES FERROSAS

36. ● Se define como la capacidad de endurecimiento de una aleación por
medio de tratamiento .Es una medida de la profundidad de la dureza
que se puede obtener mediante calentamiento y enfriamiento posterior.
● La templabilidad de las aleaciones ferrosas depende del contenido de
carbono, el tamaño de grano de la austenita(forma de ordenamiento
específico de los átomos de hierro y carbono), los elementos de aleación
presentes en el material y la velocidad de enfriamiento

37. PRUEBAS DE TEMPLABILIDAD DEL
EXTREMO TEMPLADO

38. Una barra redonda de prueba de
100 mm (4 pulgadas) de longitud,
fabricada con una aleación
particular, se austeniza. con una
corriente de agua a 24 °C (75 °F).
Entonces la velocidad de
enfriamiento varía a todo lo largo
de la barra, teniendo la mayor
velocidad en el extremo menor
que se encuentra en contacto con
el agua

40. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS ALEACIONES
FERROSAS Y ACEROS INOXIDABLES

41. En el endurecimiento por precipitación existen tres etapas; la mejor manera de
describirlas es haciendo referencia al diagrama de fases

42. ● Tratamiento con solución: Esta se calienta de 500°C a 1000°C y se enfría
rápidamente con agua a 24°C. Esta aleación tiene resistencia moderada y
ductilidad considerable.
● Endurecimiento por precipitación: La estructura anterior se puede hacer más
fuerte mediante el endurecimiento por precipitación, esta se re-calienta a una
temperatura media, al igual que sus átomos de cobre se difunden a sitios de
nucleación y se combinan con átomos de aluminio y esto aunque suele ser
más fuerte es menos dúctil que la anterior
● Envejecimiento: Debido que al proceso de precipitación es tiempo y
temperatura
● Endurecimiento por envejecimiento: Al mejoramiento de sus propiedades
● Endurecimiento superficial: Si se efectúa por encima de la temperatura
ambiente

43. Dichas aleaciones primero se templan y después, si se desea, se les da forma
mediante deformación plástica a temperatura ambiente. Al final, se les
permite ganar resistencia y dureza mediante envejecimiento artificial. Éste se
puede hacer más lento refrigerando la aleación templada

44. ENDURECIMIENTO
SUPERFICIAL

45. En muchos casos es deseable la alteración exclusiva de las propiedades superficiales
de una parte. Este método es particularmente útil para mejorar la resistencia a la
indentación, fatiga y desgaste de la superficie. Las aplicaciones características del
endurecimiento superficial son los dientes de engranes, levas, flechas, rodamientos,
sujetadores, pernos, placas de embragues automovilísticos, herramientas y matrices.

46. TIPOS DE PROCESOS DE ENDURECIMIENTO
SUPERFICIAL
● Carburizado
● Carbonitrurado
● Cianurado
● Nitrurado
● Borurado
● Endurecimiento a la
flama
● Endurecimiento por
inducción
● Endurecimiento por láser

47. RECOCIDO

48. CONCEPTO
Recocido es un término general utilizado para describir la restauración de una
aleación trabajada en frío o tratada térmicamente en sus propiedades originales.
El recocido se puede utilizar para aumentar la ductilidad, reducir la dureza y la
resistencia, modificar su microestructura, así como para mejorar la maquinabilidad y
la estabilidad dimensional.

49. El proceso de recocido consta de los siguientes pasos:
1. Calentamiento de la pieza de trabajo hasta un intervalo específico de temperaturas
en un horno.
2. Mantenimiento de la pieza a esa temperatura por cierto periodo (empape).
3. Enfriamiento en aire o en un horno.
El proceso de recocido puede efectuarse en una atmósfera inerte o controlada, o a
temperaturas más bajas para evitar o minimizar la oxidación de la superficie.

50. Recocido de proceso
Durante el recocido de proceso, la pieza de trabajo se recoce para restaurar su
ductilidad, parte de o toda, la cual puede haberse agotado mediante el endurecimiento
por trabajo durante el trabajado en frío. Después, la parte se puede trabajar
adicionalmente hasta obtener la forma deseada. Si la temperatura es alta o el tiempo de
recocido es largo, puede producir el crecimiento del grano, con efectos adversos sobre la
formabilidad de las partes recocidas.

51. Recocido para relevado de esfuerzos.
En general, para reducir o eliminar los esfuerzos residuales, la pieza de trabajo se somete
a recocido para relevado de esfuerzos (o simplemente a un relevado de esfuerzos). La
temperatura y el tiempo requerido para este proceso dependen del material y de la
magnitud de los esfuerzos residuales presentes. Los esfuerzos residuales pueden haber
sido inducidos durante el formado, maquinado o algunos otros procesos, u originados por
cambios de volumen durante las transformaciones de fase.

52. HORNOS Y EQUIPO
para tratamiento térmico

53. ● Se utilizan dos tipos básicos de hornos para tratamiento térmico: los hornos por
lotes y los hornos continuos. Debido a que consumen grandes cantidades de
energía, su aislamiento y eficiencia son factores de diseño que deben considerarse,
así como su costo inicial, el personal necesario para su operación y mantenimiento,
y la seguridad durante su uso.
● Los hornos modernos están equipados con diversos controles electrónicos, entre
ellos sistemas controlados por computadora, programados para correr
repetidamente un ciclo completo de tratamiento térmico y con una precisión
reproducible.
● Por lo común los combustibles del sistema de calentamiento son gas, petróleo o
electricidad. El tipo de combustible utilizado afecta la atmósfera del horno. A
diferencia del calentamiento eléctrico, el gas o el petróleo introducen productos de
la combustión en el horno (una desventaja). Sin embargo, el calentamiento eléctrico
tiene un tiempo de arranque más lento y es más difícil de ajustar y controlar.

54. Hornos por lotes
En un horno por lotes, las partes a tratar térmicamente se introducen y sacan del horno
en lotes individuales. El horno consiste básicamente en una cámara aislada, un sistema de
calentamiento y una puerta, o puertas, de acceso. Los hornos por lotes son de los tipos
básicos siguientes:
● Horno de caja
● Horno de fosa
● Horno tipo campana
● Horno de elevador

55. Hornos continuos
En este tipo de horno, las partes a tratar térmicamente se mueven con frecuencia a través
del horno sobre transportadores de diversos diseños que utilizan charolas, bandas,
cadenas y otros mecanismos. Los hornos continuos son adecuados para corridas de alta
producción, y se pueden diseñar y programar para realizar ciclos completos de
tratamiento térmico con un control estricto.

56. Hornos de baño de sales
● Debido a sus altas velocidades de calentamiento y mejor control de la uniformidad
de la temperatura, los baños de sales se utilizan comúnmente en diversas
operaciones de tratamiento térmico, en particular para tiras y alambres no
ferrosos.
● Las velocidades de calentamiento son elevadas por la mayor conductividad térmica
de las sales líquidas, en comparación con la del aire o de los gases.

57. Lecho fluidizado
En una cámara se calientan y suspenden partículas sólidas secas, finas y sueltas (en
general óxido de aluminio) mediante un flujo hacia arriba de gas caliente a diferentes
velocidades. Las partes a tratar térmicamente se colocan entonces dentro de las
partículas flotantes, de ahí el término de lecho fluidizado.

58. Calentamiento por inducción
● En este método, la parte se calienta con rapidez mediante un campo
electromagnético generado por un devanado de inducción que conduce una
corriente alterna.
● El devanado, al que se puede dar forma para ajustarse al contorno de la parte a
tratar térmicamente, está hecho de cobre o de una aleación de base cobre.
● El calentamiento por inducción es deseable para tratamiento térmico localizado,
como el requerido para dientes de engranes, levas y partes similares.